KR102279533B1 - 유전체창, 안테나, 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 플라즈마의 면 내 균일성을 개선 가능한 유전체창, 안테나 및 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
(해결 수단) 이 유전체창(16)의 한쪽 면측에는 슬롯판(20)이 배치된다. 유전체창(16)의 다른 쪽 면은, 고리 형상의 제 1 오목부(147)에 둘러싸인 평탄면과, 제 1 오목부(147)의 저면에 형성된 복수의 제 2 오목부(153)(153a~153g)를 구비하고 있다. 본 발명의 안테나는, 유전체창(16)과, 유전체창(16)의 한쪽 면에 마련된 슬롯판(20)을 구비하고 있고, 이것은 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있다.

Description

유전체창, 안테나, 및 플라즈마 처리 장치{DIELECTRIC WINDOW, ANTENNA AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명의 형태는, 유전체창, 안테나, 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
종래의 플라즈마 처리 장치는, 예컨대, 특허 문헌 1에 기재되어 있다. 이 플라즈마 처리 장치는, 레이디얼 라인 슬롯 안테나를 사용한 에칭 장치이다. 안테나는, 슬롯판과 유전체창을 구비하고 있고, 안테나에 마이크로파를 조사하면, 플라즈마가 발생한다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2007-311668호 공보
그렇지만, 발생하는 플라즈마의 면 내 균일성은, 개량의 여지가 있다. 본 발명은, 이와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 플라즈마의 면 내 균일성을 개선 가능한 유전체창, 안테나 및 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 형태와 관련되는 유전체창은, 한쪽 면측에 슬롯판이 배치되는 유전체창에 있어서, 상기 유전체창의 다른 쪽 면은, 고리 형상의 제 1 오목부에 둘러싸인 평탄면과, 상기 제 1 오목부의 저면에 형성된 복수의 제 2 오목부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 안테나에 마이크로파를 조사하는 것에 의해, 면 내 균일성이 높은 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 왜냐하면, 유전체창에 있어서는, 그 중앙 부근에서 플라즈마 밀도가 높아지는 경향이 있지만, 주변에 가까운 제 1 오목부의 위치에 제 2 오목부를 마련하면, 주변의 플라즈마 밀도를, 중심 근방보다 증가시키는 것이 가능하게 되기 때문에, 면 내의 플라즈마 밀도를 균일하게 할 수 있기 때문이다.
또, 본 발명의 형태와 관련되는 안테나는, 상기 유전체창과, 유전체창의 상기 한쪽 면에 마련된 상기 슬롯판을 구비하고 있다.
또한, 상기 슬롯판은, 2개의 슬롯으로 이루어지는 슬롯쌍을 복수 갖고, 상기 복수의 슬롯쌍은, 상기 슬롯판의 중심 위치를 중심으로 하여 동심원 형상으로 배치되어 있고, 각 슬롯쌍은, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 각 슬롯쌍의 2개의 슬롯을 지나서 연장된 직선끼리가 서로 겹치지 않는 위치에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
마이크로파는, 슬롯판의 중심 위치에 입사되어 방사상으로 발산한다. 만일, 각 슬롯쌍이, 슬롯판의 중심 위치로부터 각 슬롯쌍을 지나서 연장된 직선이 겹치는 위치에 배치된 경우, 즉, 슬롯판의 중심 위치로부터 지름 방향 바깥쪽으로 보아 각 슬롯쌍이 겹치고 있는 경우에는, 최초로 중심 위치에 가까운 슬롯쌍에서 마이크로파가 방출되기 때문에, 중심 위치로부터 그 슬롯쌍을 지나서 연장되는 직선상에 배치된 다른 슬롯쌍에는 전계 강도가 약한 마이크로파가 전파한다. 이 때문에, 다른 슬롯쌍으로부터는 전계 강도가 약한 마이크로파가 방출된다. 한편, 상기 안테나에서는, 동심원 형상으로 배치된 각 슬롯쌍은, 슬롯판의 중심 위치로부터 각 슬롯쌍을 지나서 연장된 직선이 겹치지 않는 위치에 마련되어 있다. 즉, 슬롯판의 중심 위치로부터 그 슬롯쌍을 지나서 연장되는 직선상에는, 다른 슬롯쌍을 마련하지 않도록 하는 것에 의해, 투입 파워에 대한 마이크로파 방사 효율이 낮은 슬롯쌍을 배제할 수 있으므로, 상대적으로 다른 슬롯쌍에 대한 투입 파워의 분배를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 투입 파워에 대한 방사 전계 강도가 향상되고, 플라즈마 안정성을 개선할 수 있다.
또한, 상기 슬롯판은, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 1 거리에 위치하는 복수의 슬롯을 포함하는 제 1 슬롯군과, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 2 거리에 위치하는 복수의 슬롯을 포함하는 제 2 슬롯군과, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 3 거리에 위치하는 복수의 슬롯을 포함하는 제 3 슬롯군과, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 4 거리에 위치하는 복수의 슬롯을 포함하는 제 4 슬롯군을 갖고, 제 1 거리<제 2 거리<제 3 거리<제 4 거리의 관계를 만족시키고, 서로 대응하는 상기 제 1 슬롯군의 슬롯 및 상기 제 2 슬롯군의 슬롯이 서로 조(組)가 되어 복수의 제 1 슬롯쌍을 형성함과 아울러, 서로 대응하는 상기 제 3 슬롯군의 슬롯 및 상기 제 4 슬롯군의 슬롯이 서로 조가 되어 복수의 제 2 슬롯쌍을 형성하고, 상기 복수의 제 1 슬롯쌍 각각의 상기 제 2 슬롯군의 슬롯은, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 해당 제 1 슬롯쌍의 상기 제 1 슬롯군의 슬롯을 지나서 연장된 제 1 직선상에 위치하고, 상기 복수의 제 2 슬롯쌍 각각의 상기 제 4 슬롯군의 슬롯은, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 해당 제 2 슬롯쌍의 상기 제 3 슬롯군의 슬롯을 지나서 연장된 제 2 직선상에 위치하고, 상기 제 1 직선과 상기 제 2 직선이 서로 겹치지 않도록 각 슬롯이 배치되어 있는 것으로 하더라도 좋다.
이와 같이 구성한 경우, 투입 파워에 대한 마이크로파 방사 효율이 낮은 슬롯을 배제할 수 있으므로, 상대적으로 다른 슬롯에 대한 투입 파워의 분배를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 투입 파워에 대한 방사 전계 강도가 향상되고, 플라즈마 안정성을 개선할 수 있다.
또한, 상기 슬롯판의 주 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우, 상기 제 1 오목부에 둘러싸인 평탄면이 상기 제 1 슬롯군에 겹쳐져 위치하고, 상기 제 2 오목부가 상기 제 3 슬롯군의 슬롯 또는 상기 제 4 슬롯군의 슬롯의 적어도 한쪽에 겹쳐져 위치할 수 있다.
즉, 복수의 제 2 오목부에 바깥쪽의 슬롯군(제 3 또는 제 4 슬롯군)이 겹치는 것에 의해, 안정된 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 왜냐하면, 제 2 오목부에 플라즈마가 확실히 고정되기 때문에, 플라즈마의 요동은 적고, 각종 조건 변화에 대해서도 플라즈마의 면 내 변동이 적어지기 때문이다.
또한, 상기 제 1 슬롯군의 슬롯 수와 상기 제 2 슬롯군의 슬롯 수는, 동일한 수 N1이고, 상기 제 3 슬롯군의 슬롯 수와 상기 제 4 슬롯군의 슬롯 수는, 동일한 수 N2이고, N2는 N1의 정수배인 것으로 하더라도 좋다. 이와 같이 구성한 경우, 면 내 대칭성이 높은 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 슬롯군의 슬롯 폭과 상기 제 2 슬롯군의 슬롯 폭은 동일하고, 상기 제 3 슬롯군의 슬롯 폭과 상기 제 4 슬롯군의 슬롯 폭은 동일하고, 상기 제 1 슬롯군의 슬롯 폭과 상기 제 2 슬롯군의 슬롯 폭은, 상기 제 3 슬롯군의 슬롯 폭 및 상기 제 4 슬롯군의 슬롯 폭보다 큰 것으로 하더라도 좋다.
이와 같이 구성한 경우, 슬롯판의 중심 위치에 가까운 제 1 슬롯군 및 제 2 슬롯군의 방사 전계 강도를, 슬롯판의 중심 위치에 먼 제 3 슬롯군 및 제 4 슬롯군의 방사 전계 강도보다 약하게 할 수 있다. 마이크로파는 전파에 의해 감쇠하기 때문에, 상기 구성을 채용하는 것에 의해, 마이크로파의 방사 전계 강도가 면 내에서 균일화되어, 면 내 균일성이 높은 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
상기 슬롯판의 중심 위치로부터 각 슬롯의 중심을 지나서 연장된 직선과, 해당 슬롯의 긴 방향이 이루는 각도는, 제 1 내지 제 4 슬롯군에 있어서의 각각의 슬롯군마다 동일하고, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 연장되는 동일한 직선상에 위치하는 제 1 슬롯군의 슬롯과, 제 2 슬롯군의 슬롯은, 상이한 방향으로 연장되고 있고, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 연장되는 동일한 직선상에 위치하는 제 3 슬롯군의 슬롯과, 제 4 슬롯군의 슬롯은, 상이한 방향으로 연장되고 있는 것으로 하더라도 좋다.
이와 같이 구성한 경우, 슬롯쌍을 구성하는 2개의 슬롯에서의 반사가 서로 없어지기 때문에, 마이크로파의 방사 전계 강도의 균일성을 향상시킬 수 있다.
상기 제 2 오목부의 평면 형상은 원형인 것으로 하더라도 좋다. 면 형상이 원형인 경우에는, 중심으로부터의 형상의 등가성이 높기 때문에, 안정된 플라즈마가 발생한다.
본 발명의 형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치는, 상술한 안테나와, 상기 안테나를 내부에 갖는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 천정부에 마련되고, 상기 유전체창의 다른 쪽 면에 대향하고, 처리되는 기판이 실리는 탑재대와, 상기 안테나에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 발생기를 구비하고 있다.
이 플라즈마 처리 장치는, 상술한 안테나와 마찬가지로, 면 내 균일성이 높은 플라즈마를 발생시킬 수 있기 때문에, 처리 대상의 기판에 대하여, 면 내에서 균일한 처리를 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 안테나는, 상술한 유전체창과, 유전체창의 한쪽 면에 마련된 슬롯판을 구비하고, 슬롯판은, 슬롯판의 중심 위치를 중심으로 하여 동심원 형상으로 배치된 내측의 슬롯군, 및 외측의 슬롯군을 구비하고, 외측의 슬롯군은, 제 2 오목부와 겹치는 위치, 및, 제 2 오목부와 겹치지 않는 위치의 양쪽에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 안테나에 있어서는, 내측의 슬롯군의 개개의 슬롯의 폭은, 6㎜±6㎜×0.2인 것을 특징으로 한다. 이들 경우에는, 플라즈마의 안정성과 실화(失火) 회피 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 유전체창을 구비하는 안테나를 이용하면, 플라즈마 처리 장치에 있어서의 플라즈마의 면 내 균일성을 높이는 것이 가능하게 된다.
도 1은 플라즈마 처리 장치의 개략도이다.
도 2는 실시 형태와 관련되는 유전체창의 사시도(a) 및 종단면도(b)이다.
도 3은 비교예와 관련되는 유전체창의 사시도(a) 및 종단면도(b)이다.
도 4는 유전체창 위에 마련되는 슬롯판의 평면도이다.
도 5는 제 2 오목부와 슬롯의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 유전체창 위에 마련되는 다른 슬롯판의 평면도이다.
도 7은 압력과 파워에 따른 플라즈마의 안정성의 가부를 나타내는 도표((a) 도 4의 실시예, (b) 도 6의 실시예)이다.
도 8은 압력과 파워에 따른 실화하지 않는 상태의 가부를 나타내는 도표((a) 도 4의 실시예, (b) 도 6의 실시예)이다.
이하, 실시의 형태와 관련되는, 유전체창, 안테나, 및 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 동일 요소에는, 동일 부호를 이용하는 것으로 하고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 1은 플라즈마 처리 장치의 개략도이다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 원통 형상의 처리 용기(2)를 구비한다. 처리 용기(2)의 천정부는 유전체로 이루어지는 유전체창(16)(천판)으로 막혀 있다. 처리 용기(2)는, 예컨대 알루미늄으로 이루어지고, 전기적으로 접지된다. 처리 용기(2)의 내벽면은, 알루미나 등의 절연성의 보호막으로 피복되어 있다.
처리 용기(2)의 저부의 중앙에는, 기판으로서의 반도체 웨이퍼(이하 웨이퍼라고 한다) W를 탑재하기 위한 탑재대(3)가 마련된다. 탑재대(3)의 상면에 웨이퍼 W가 유지된다. 탑재대(3)는, 예컨대 알루미나나 질화알루미나 등의 세라믹재로 이루어진다. 탑재대(3)의 내부에는, 전원에 접속된 히터(도시하지 않음)가 매설되어, 웨이퍼 W를 소정 온도로 가열할 수 있도록 되어 있다.
탑재대(3)의 상면에는, 탑재대(3)에 탑재되는 웨이퍼 W를 정전 흡착하는 정전 척 CK가 마련된다. 정전 척 CK에는, 정합기를 거쳐서 바이어스용의 직류 혹은 고주파 전력(RF 파워)을 인가하는 바이어스용 전원이 접속된다.
처리 용기(2)의 저부에는, 탑재대(3)에 탑재되는 웨이퍼 W의 표면보다 아래쪽의 배기구로부터 처리 가스를 배기하는 배기관이 마련되고, 배기관에는 진공 펌프 등의 배기 장치(10)가 접속된다. 배기 장치(10)에 의해, 처리 용기(2) 내의 압력이 소정의 압력으로 조절된다.
처리 용기(2)의 천정부에는 기밀성을 확보하기 위한 O링 등의 실(seal)을 사이에 두고 유전체창(16)이 마련된다. 유전체창(16)은, 예컨대, 석영, 알루미나(Al2O3), 혹은 질화알루미늄(AlN) 등의 유전체로 이루어지고, 마이크로파에 대하여 투과성을 갖는다.
유전체창(16)의 상면에는, 원판 형상의 슬롯판(20)이 마련된다. 슬롯판(20)은, 도전성을 갖는 재질, 예컨대 Ag, Au 등으로 도금이나 코팅된 구리로 이루어진다. 슬롯판(20)에는, 예컨대 복수의 T자 형상이나 L자 형상의 슬롯이 동심원 형상으로 배열되어 있다.
슬롯판(20)의 상면에는, 마이크로파의 파장을 압축하기 위한 유전체판(25)이 배치된다. 유전체판(25)은, 예컨대, 석영(SiO2), 알루미나(Al2O3), 혹은 질화알루미늄(AlN) 등의 유전체로 이루어진다. 유전체판(25)은 도전성의 커버(26)로 덮인다. 커버(26)에는 원환(圓環) 형상의 열매체 유로가 마련되고, 이 열매체 유로를 흐르는 열매체에 의해 커버(26) 및 유전체판(25)이 소정의 온도로 조절된다. 2.45㎓의 파장의 마이크로파를 예로 들면, 진공 중의 파장은 약 12㎝이고, 알루미나제의 유전체창(16) 중에서의 파장은 약 3~4㎝가 된다.
커버(26)의 중앙에는, 마이크로파를 전파하는 동축 도파관(도시하지 않음)이 접속되어 있고, 동축 도파관은, 내측 도체와 외측 도체로 구성되고, 내측 도체는, 유전체판(25)의 중앙을 관통하여 슬롯판(20)의 중앙에 접속된다. 이 동축 도파관에는, 모드 변환기 및 직사각형 도파관을 거쳐서 마이크로파 발생기(35)가 접속된다. 마이크로파는, 2.45㎓의 외에, 860㎒, 915㎒나 8.35㎓ 등의 마이크로파를 이용할 수 있다.
마이크로파 발생기(35)가 발생시킨 마이크로파 MW는, 마이크로파 도입로로서의, 직사각형 도파관, 모드 변환기, 동축 도파관을 거쳐서, 유전체판(25)에 전파된다. 유전체판(25)에 전파된 마이크로파 MW는 슬롯판(20)의 다수의 슬롯으로부터 유전체창(16)을 거쳐서 처리 용기(2) 내에 공급된다. 마이크로파에 의해 유전체창(16)의 아래쪽에 전계가 형성되고, 처리 용기(2) 내의 처리 가스가 플라즈마화한다. 즉, 마이크로파 발생기(35)로부터 안테나에 마이크로파 MW를 공급하면, 플라즈마가 발생한다.
슬롯판(20)에 접속되는 상기 내측 도체의 하단은 원뿔대 형상으로 형성되어 있고, 동축 도파관으로부터 유전체판(25) 및 슬롯판(20)에 마이크로파가 효율적으로 손실 없이 전파된다.
레이디얼 라인 슬롯 안테나에 의해 생성된 마이크로파 플라즈마의 특징은, 유전체창(16) 직하(直下)의 영역 PSM(플라즈마 여기 영역)에서 생성된 비교적 전자 온도가 높은 에너지의 플라즈마가, 큰 화살표로 나타내는 바와 같이 아래쪽으로 확산되고, 웨이퍼 W 직상(直上)의 영역(확산 플라즈마 영역)에서는 약 1~2eV 정도의 낮은 전자 온도의 플라즈마가 되는 것에 있다. 즉, 평행 평판 등의 플라즈마와는 달리, 플라즈마의 전자 온도의 분포가 유전체창(16)으로부터의 거리의 함수로서 명확하게 발생하는 것에 특징이 있다. 보다 상세하게는, 유전체창(16) 직하의 영역에서의 수 eV~약 10eV의 전자 온도가, 웨이퍼 W 직상의 영역에서는 약 1~2eV 정도로 감쇠한다. 웨이퍼 W의 처리는 플라즈마의 전자 온도가 낮은 영역(확산 플라즈마 영역)에서 행해지기 때문에, 웨이퍼 W에 리세스 등의 큰 데미지를 주는 일이 없다. 플라즈마의 전자 온도가 높은 영역(플라즈마 여기 영역)에 처리 가스가 공급되면, 처리 가스는 용이하게 여기되고, 해리된다. 한편, 플라즈마의 전자 온도가 낮은 영역(플라즈마 확산 영역)에 처리 가스가 공급되면, 플라즈마 여기 영역 근방에 공급된 경우에 비하여, 해리의 정도는 억제된다.
처리 용기(2)의 천정부의 유전체창(16) 중앙에는, 웨이퍼 W의 중심부에 처리 가스를 도입하는 중앙 도입부(55)(도 2(b) 참조)가 마련되고, 이 중앙 도입부는 처리 가스의 공급로에 접속된다. 처리 가스의 공급로는 상술한 동축 도파관의 내측 도체 내의 공급로이다.
이 중앙 도입부는, 유전체창(16)의 중앙에 마련된 원통 형상의 공간부(143)(도 2(b) 참조)에 끼워 넣어지는 원기둥 형상의 블록(도시하지 않음)과, 선단부에 가스 분출용의 개구를 갖는 원기둥 형상 공간이 연속한 테이퍼 형상의 공간부(143a)(도 2(b) 참조)를 구비하고 있다. 이 블록은, 예컨대 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어지고, 전기적으로 접지되어 있다. 알루미늄제의 블록은, 양극 산화 피막 알루미나(Al2O3), 이트리아(Y2O3) 등으로 코팅할 수 있다. 블록에는 상하 방향으로 관통하는 복수의 중앙 도입구(58)가 형성되어 있고, 블록의 상면과 동축 도파관의 내측 도체의 하면의 사이에는 극간(가스 저장부)이 있다. 이 중앙 도입구(58)의 평면 형상은, 필요한 컨덕턴스 등을 고려하여 원 또는 긴 구멍으로 형성된다.
또, 공간부(143a)의 형상은, 테이퍼 형상으로 한정되는 것이 아니고, 단순한 원기둥 형상이더라도 좋다.
상술한 블록상의 가스 저장부에 공급된 처리 가스는, 가스 저장부 내를 확산한 후, 블록에 마련된 복수의 중앙 도입구로부터 아래쪽으로 또한 웨이퍼 W의 중심부를 향해 분사된다.
처리 용기(2)의 내부에는, 웨이퍼 W의 위쪽의 주변을 둘러싸도록, 웨이퍼 W의 주변부에 처리 가스를 공급하는 링 형상의 주변 도입부가 배치된다. 주변 도입부는, 천정부에 배치되는 중앙 도입구(58)보다 아래쪽으로서, 또한 탑재대(3)에 탑재된 웨이퍼 W보다 위쪽에 배치된다. 주변 도입부는 내부가 비어 있는 파이프를 고리 형상으로 한 것이고, 그 내주측에는 둘레 방향으로 일정한 간격을 두고 복수의 주변 도입구(62)가 뚫린다. 주변 도입구(62)는, 주변 도입부의 중심을 향해 처리 가스를 분사한다. 주변 도입부는, 예컨대, 석영으로 이루어진다. 처리 용기(2)의 측면에는, 스테인리스제의 공급로가 관통하고 있고, 이 공급로는 주변 도입부의 주변 도입구(62)에 접속된다. 공급로로부터 주변 도입부에 공급된 처리 가스는, 그 복수의 주변 도입구(62)로부터 주변 도입부의 내측을 향해 분사된다. 복수의 주변 도입구(62)로부터 분사된 처리 가스는 웨이퍼 W의 주변 상부에 공급된다. 또, 링 형상의 주변 도입부를 마련하는 대신에, 처리 용기(2)의 내측면에 복수의 주변 도입구(62)를 형성하더라도 좋다.
상술한 중앙 도입구(58) 및 주변 도입구(62)에는, 가스 공급원(100)으로부터 처리 가스가 공급된다. 가스 공급원(100)은, 공통 가스원 및 첨가 가스원으로 구성되고, 플라즈마 에칭 처리나 플라즈마 CVD 처리 등의 각종 처리에 따른 처리 가스를 공급한다. 복수의 가스원으로부터의 가스의 유량을, 각각의 공급로에 마련된 유량 제어 밸브로 제어하여 혼합하면, 목적의 처리 가스를 작성할 수 있다. 이들 유량 제어 밸브는, 제어 장치 CONT에 의해 제어할 수 있다. 또, 제어 장치 CONT는, 마이크로파 발생기(35)의 기동이나 웨이퍼 W의 가열, 배기 장치(10)에 의한 배기 처리 등도 제어한다.
공통 가스원 및 첨가 가스원으로부터의 처리 가스는, 목적에 따른 적당한 비율로 혼합되어, 각각의 중앙 도입구(58) 및 주변 도입구(62)에 공급된다.
예컨대, 공통 가스원에 이용되는 가스로서는, 희가스(Ar 등)를 이용할 수 있지만, 그 외의 첨가 가스를 이용할 수도 있다. 또한, 폴리실리콘 등의 실리콘계의 막을 에칭할 때는, 첨가 가스로서, Ar 가스, HBr 가스(또는 Cl2 가스), O2 가스를 공급하고, SiO2 등의 산화막을 에칭할 때는, 첨가 가스로서, Ar 가스, CHF계 가스, CF계 가스, O2 가스를 공급하고, SiN 등의 질화막을 에칭할 때는, 첨가 가스로서 Ar 가스, CF계 가스, CHF계 가스, O2 가스를 공급한다.
또, CHF계 가스로서는 CH3(CH2)3CH2F, CH3(CH2)4CH2F, CH3(CH2)7CH2F, CHCH3F2, CHF3, CH3F 및 CH2F2 등을 들 수 있다.
CF계 가스로서는, C(CF3)4, C(C2F5)4, C4F8, C2F2, 및 C5F8 등을 들 수 있지만, 에칭에 적합한 해리종(解離種)이 얻어진다고 하는 관점으로부터, C5F8이 바람직하다.
중앙 도입구(58)에는 중앙 도입 가스가 공급되고, 주변 도입구(62)에는 주변 도입 가스가 공급된다. 이 장치에서는, 웨이퍼 W의 중심 부분에 공급되는 중앙 도입 가스와, 주변 부분에 공급되는 주변 도입 가스의 가스종마다의 분압이나 가스종 자체를 변화시킬 수 있으므로, 플라즈마 처리의 특성을 다양하게 변화시킬 수 있다. 이 장치에서는, 공통 가스원과 첨가 가스원에서 동일한 종류의 가스를 공급할 수도 있고, 공통 가스원과 첨가 가스원에서 상이한 종류의 가스를 공급할 수도 있다.
에칭 가스의 해리를 억제하기 위해서는, 공통 가스원으로부터 플라즈마 여기용 가스를 공급하고, 첨가 가스원으로부터 에칭 가스를 공급하더라도 좋다. 예컨대, 실리콘계의 막을 에칭할 때는, 공통 가스원으로부터 플라즈마 여기용 가스로서 Ar 가스만을 공급하고, 첨가 가스원으로부터 에칭 가스로서 HBr 가스, O2 가스만을 공급하는 등이다. 공통 가스원은 또한, O2, SF6 등의 클리닝 가스 외의 공통 가스를 공급할 수도 있다.
상기 가스에는, 이른바 음성 가스가 포함되어 있다. 음성 가스란, 전자 에너지가 10eV 이하에서 전자 부착 단면적을 갖는 가스를 말한다. 예컨대, HBr이나 SF6 등을 들 수 있다.
여기서, 균일한 플라즈마의 생성, 면 내 균일한 웨이퍼 W의 처리를 목적으로 하여, 플로 스플리터에 의해 공통 가스의 분기 비율을 조절하고, 중앙 도입구(58) 및 주변 도입구(62)로부터의 가스 도입량을 조절하는 기술을 RDC(Radical Distribution Control)라고 부른다. RDC는, 중앙 도입구(58)로부터의 가스 도입량과, 주변 도입구(62)로부터의 가스 도입량의 비에 의해 표현된다. 중앙 도입구(58) 및 주변 도입구(62)로부터 챔버 내부에 공급되는 가스종이 공통인 경우가, 일반적인 RDC이다. 최적의 RDC 값은, 에칭 대상의 막 종류나 여러 가지의 조건에 따라 실험적으로 결정된다.
에칭 처리에서는, 에칭에 따라 부생성물(에칭된 잔사나 퇴적물)이 생성된다. 그 때문에, 처리 용기(2) 내에서의 가스 흐름을 개선하고, 부생성물의 처리 용기 밖으로의 배출을 촉진하기 위해, 중앙 도입구(58)로부터의 가스 도입과, 주변 도입구(62)로부터의 가스 도입을 교대로 행하는 것이 검토되고 있다. 이것은, RDC 값을 시간적으로 전환하는 것에 의해 실현 가능하다. 예컨대, 웨이퍼 W의 중심 부분에 많은 가스를 도입하는 단계와, 주변부에 많은 가스를 도입하는 단계를 소정 주기로 반복하고, 기류를 조절하는 것에 의해, 처리 용기(2)로부터 부생성물을 쓸어 내는 것에 의해, 균일한 에칭 레이트를 달성하고자 하는 것이다.
또, 도 1에 나타낸 플라즈마 처리 장치는, 슬롯판을 이용한 장치로서는, 일반적인 것이고, 여러 가지의 형태가 가능하다. 이와 같은 슬롯판(20)은, 유전체창(16)과 함께 안테나를 구성하고 있다. 안테나를 구성하는 유전체창(16)에 대하여 설명한다.
도 2는 실시 형태와 관련되는 유전체창의 사시도(a) 및 종단면도(b)이다. 또, 도 2(a)에서는, 오목부의 구조가 보이도록, 상하를 반전시켜 유전체창을 나타내고 있다.
유전체창(16)은, 대략 원판 형상이고, 소정의 판 두께를 갖는다. 유전체창(16)은, 유전체로 구성되어 있고, 유전체창(16)의 구체적인 재질로서는, 석영이나 알루미나 등을 들 수 있다. 유전체창(16)의 상면(159) 위에는, 슬롯판(20)이 마련된다.
유전체창(16)의 지름 방향의 중앙에는, 판 두께 방향, 즉, 지면(紙面) 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍이 마련되어 있다. 관통 구멍 중, 하측 영역은 중앙 도입부(55)에 있어서의 가스 공급구가 되고, 상측 영역은, 중앙 도입부(55)의 블록이 배치되는 오목부(143)가 된다. 또, 유전체창(16)의 지름 방향의 중심축(144a)을, 도 2(b) 중의 일점쇄선으로 나타낸다.
유전체창(16) 중, 플라즈마 처리 장치에 구비되었을 때에 플라즈마를 생성하는 쪽이 되는 하측의 평탄면(146)의 지름 방향 외측 영역에는, 고리 형상으로 연속하고, 유전체창(16)의 판 두께 방향 안쪽을 향하여 테이퍼 형상으로 움푹 팬 고리 형상의 제 1 오목부(147)가 마련되어 있다. 평탄면(146)은, 유전체창(16)의 지름 방향의 중앙 영역에 마련되어 있다. 제 1 오목부(147)의 저면(149)에는, 원형의 제 2 오목부(153)(153a~153g)가 둘레 방향을 따라서 등간격으로 형성되어 있다. 고리 형상의 제 1 오목부(147)는, 평탄면(146)의 외경 영역으로부터 외경측을 향해 테이퍼 형상, 구체적으로는, 평탄면(146)에 대하여 경사하는 내측 테이퍼면(148), 내측 테이퍼면(148)으로부터 외경측을 향해 지름 방향으로 똑바로, 즉, 평탄면(146)과 평행하게 연장되는 평탄한 저면(149), 저면(149)으로부터 외경측을 향해 테이퍼 형상, 구체적으로는, 저면(149)에 대하여 경사하여 연장되는 외측 테이퍼면(150)으로 구성되어 있다.
테이퍼의 각도, 즉, 예컨대, 저면(149)에 대하여 내측 테이퍼면이 연장되는 방향으로 규정되는 각도나 저면(149)에 대하여 외측 테이퍼면(150)이 연장되는 방향으로 규정되는 각도에 대해서는, 임의로 정해지고, 이 실시 형태에 있어서는, 둘레 방향의 어느 위치에 있어서도 동일하도록 구성되어 있다. 내측 테이퍼면(148), 저면(149), 외측 테이퍼면(150)은 각각 매끄러운 곡면으로 연속하도록 형성되어 있다. 또, 외측 테이퍼면(150)의 외경 영역은, 외경측을 향해 지름 방향으로 똑바로, 즉, 평탄면(146)과 평행하게 연장되는 외주 평면(152)이 마련되어 있다.
이 외주 평면(152)이 유전체창(16)의 지지면이 되고, 처리 용기(2)의 개구 단면을 막게 된다. 즉, 유전체창(16)은, 외주 평면(152)을 원통 형상의 처리 용기(2)의 상부측의 개구 단면 위에 탑재하도록 하여, 처리 용기(2)에 장착된다.
고리 형상의 제 1 오목부(147)에 의해, 유전체창(16)의 지름 방향 외측 영역에 있어서, 유전체창(16)의 두께를 연속적으로 변화시키는 영역을 형성하여, 플라즈마를 생성하는 여러 가지의 프로세스 조건에 적합한 유전체창(16)의 두께를 갖는 공진 영역을 형성할 수 있다. 그러면, 여러 가지의 프로세스 조건에 따라, 지름 방향 외측 영역에 있어서의 플라즈마의 높은 안정성을 확보할 수 있다.
여기서, 유전체창(16) 중, 고리 형상의 제 1 오목부(147)의 저면에는, 판 두께 방향 안쪽을 향해 움푹 팬 제 2 오목부(153)(153a~153g)가 마련되어 있다. 제 2 오목부(153)의 평면 형상은 원형이고, 내측의 측면은 원통면을 구성하고, 저면(155)은 평탄하다. 원형은 무한의 모서리를 갖는 다각형이므로, 제 2 오목부(153)의 평면 형상은, 유한의 모서리를 갖는 다각형으로 하는 것도 가능하다고 생각되고, 마이크로파 도입시에 있어서, 오목부 내에 있어서 플라즈마가 발생하는 것이라고 생각되지만, 평면 형상이 원형인 경우에는, 중심으로부터의 형상의 등가성이 높기 때문에, 안정된 플라즈마가 발생한다.
제 2 오목부(153)는, 이 실시 형태에 있어서는, 합계 7개 마련되어 있고, 외측의 슬롯쌍(도 4 참조)의 수와 동일하다. 7개의 제 2 오목부(153a, 153b, 153c, 153d, 153e, 153f, 153g)의 형상은 각각 동일하다. 즉, 제 2 오목부(153a~153g)의 파인 형상이나 그 크기, 구멍의 지름 등에 대해서는, 각각 동일하게 구성되어 있다. 7개의 제 2 오목부(153a~153g)는, 유전체창(16)의 지름 방향의 중심(도 2(b)에 있어서의 중심축(144a)의 위치)을 중심으로 하여, 회전 대칭성을 갖도록, 각각 간격을 두고 배치되어 있다. 둥근 구멍 형상의 7개의 제 2 오목부(153a~153g)의 각각의 중심(G2라 한다)은, 유전체창(16)의 판 두께 방향으로부터 본 경우에, 유전체창(16)의 지름 방향의 중심(중심축(144a))을 중심으로 한 원 위에 위치하고 있다. 즉, 유전체창(16)을 지름 방향의 중심(중심축(144a))을 중심으로 하여, XY 평면 내에서, 51.42도(=360도/7) 회전시킨 경우에, 회전시키기 전과 동일한 형상이 되도록 구성되어 있다.
이 각 제 2 오목부(153)의 모든 중심을 통과하는 원의 직경은, 이 실시 형태에서 약 143㎜이고, 제 2 오목부(153)의 직경은 50㎜이고, 제 1 오목부(147)의 저면을 기준으로 한 제 2 오목부(153)의 깊이는 10㎜이다. 또한, 제 1 오목부(147)의 평탄면(146)을 기준으로 한 깊이 L3은, 적절히 설정되고, 이 실시 형태에서는 32㎜로 하고 있다.
제 2 오목부(153)의 직경, 및, 제 2 오목부(153)의 저면(155)으로부터 유전체창(163)의 상면까지의 거리는, 예컨대, 이것에 도입되는 마이크로파의 파장 λg의 4분의 1로 설정된다. 또, 이 실시 형태에 있어서는, 유전체창(16)의 직경은 약 460㎜이다. 또, 상기 수치는, ±10%의 변경을 허용할 수도 있지만, 본 장치가 동작하는 조건은 이것으로 한정되는 것이 아니고, 플라즈마가 오목부 내에 갇히면 장치로서는 기능한다.
유전체창(16)에 있어서는 중앙 부근에서 플라즈마 밀도가 높아지는 경향이 있지만, 본 실시 형태에서는, 주변에 가까운 위치에 제 2 오목부(153)를 마련하고 있기 때문에, 주변의 플라즈마 밀도를 중심 근방보다 증가시키는 것이 가능하게 되기 때문에, 면 내의 플라즈마 밀도를 균일하게 할 수 있다.
이 제 2 오목부(153a~153g)에 의해, 마이크로파의 전계를 해당 오목부 내에 집중시킬 수 있고, 유전체창(16)의 지름 방향의 주변 영역에 있어서, 강고한 모드 고정을 행할 수 있다. 이 경우, 프로세스 조건이 여러 가지 변경되더라도, 지름 방향의 주변 영역에 있어서의 강고한 모드 고정의 영역을 확보할 수 있어, 안정되고 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있어, 기판 처리량의 면 내 균일성을 높이는 것이 가능하게 된다. 특히, 제 2 오목부(153a~153g)는, 회전 대칭성을 갖기 때문에, 유전체창(16)의 지름 방향 내측 영역에 있어서 강고한 모드 고정의 높은 축대칭성을 확보할 수 있어, 생성하는 플라즈마에 있어서도, 높은 축대칭성을 갖는다.
이상으로부터, 이와 같은 구성의 유전체창(16)은, 넓은 프로세스 마진을 가짐과 아울러, 생성하는 플라즈마가 높은 축대칭성을 갖는다.
도 3은 비교예와 관련되는 유전체창의 사시도(a) 및 종단면도(b)이다.
비교예의 유전체창(16)은, 도 2에 나타낸 유전체창(16)에 있어서의 제 2 오목부(153)의 위치를, 중앙의 평탄면(146) 위로 이동시킨 것이다. 그 외의 구조는, 도 2에 나타낸 것과 동일하다.
비교예의 경우, 유전체창(16)(도 3)의 중앙 부근의 플라즈마 강도가 높아져, 플라즈마 밀도의 면 내 균일성이 충분하지 않다.
실시 형태의 유전체창(도 2)과 비교예의 유전체창(도 3)을 각각 플라즈마 처리 장치에 포함시켜, 산화막(SiO2)의 에칭을 행했다.
또, 이 실험에서는, 안테나로서, 각각의 유전체창과 도 4의 슬롯판을 조합한 것을 이용하고, 처리 용기 내 압력을 20mTorr(2.6㎩), 처리 가스로서, Ar(유량 : 500sccm), He(유량 : 500sccm), C4F6(유량 : 20sccm), O2(유량 : 3sccm)를 이용하고, 이 처리 가스의 도입시의 RDC 값은 50(중앙 도입구(58)로부터의 가스 도입량을 50%, 주변 도입구(62)로부터의 가스 도입량을 50%로 설정)으로 하고, 탑재대(3)의 온도는 50℃로, 산화막을 에칭했다. 또한, 실시 형태의 유전체창(도 2)과 슬롯판(20)의 위치 관계는, 제 2 오목부(153)(도 2)가, 제 3 슬롯(133')(도 4) 또는 제 4 슬롯(134')(도 4)의 적어도 한쪽에 겹치도록, 이들을 조합하면 안정된 플라즈마가 발생하지만, 이 실험에서는 제 2 오목부(153)를 제 3 슬롯(133') 및 제 4 슬롯(134')의 양쪽에 겹치도록 조합했다.
이 실험에 의하면, 실시 형태에서는, 5회의 실험에 있어서, 각각 ±1.9%, ±2.0%, ±1.8%, ±1.6%의 면 내 에칭량의 불균일((최대 에칭량-최소 에칭량)/(2×에칭량의 평균치)×100)이 생긴 것에 비하여, 비교예에서는 ±11.3%의 불균일이 생겼다. 즉, 실시예에서는, ±2% 이하의 에칭량의 불균일밖에 생기지 않아, 비교예보다 매우 우수한 효과를 얻었다.
도 4는 유전체창 위에 마련되는 슬롯판의 평면도이다.
슬롯판(20)은, 박판 형상이고, 원판 형상이다. 슬롯판(20)의 판 두께 방향의 양면은, 각각 평평하다. 슬롯판(20)에는, 판 두께 방향으로 관통하는 복수의 슬롯이 복수 마련되어 있다. 슬롯은, 한쪽 방향으로 긴 제 1 슬롯(133)과, 제 1 슬롯(133)과 직교하는 방향으로 긴 제 2 슬롯(134)이, 서로 이웃하여 한 쌍이 되도록 형성되어 있다. 구체적으로는, 서로 이웃하는 2개의 슬롯(133, 134)이 한 쌍이 되어, 중심부가 끊어진 대략 L자 형상이 되도록 배치되어 구성되어 있다. 즉, 슬롯판(20)은, 한쪽 방향으로 연장되는 제 1 슬롯(133) 및 한쪽 방향에 대하여 수직인 방향으로 연장되는 제 2 슬롯(134)으로 구성되는 슬롯쌍(140)을 갖는 구성이다. 마찬가지로, 제 3 슬롯(133') 및 제 4 슬롯(134')으로 슬롯쌍(140')이 구성되어 있다. 또, 슬롯쌍(140, 140')의 일례에 대해서는, 도 4 중의 점선으로 나타내는 영역에서 도시하고 있다.
슬롯쌍은, 내주측에 배치되는 내주측 슬롯쌍군(135)과, 외주측에 배치되는 외주측 슬롯쌍군(136)으로 크게 나눠진다. 내주측 슬롯쌍군(135)은, 도 4 중의 일점쇄선으로 나타내는 가상 원의 내측 영역에 마련된 7쌍의 슬롯쌍(140)이다. 외주측 슬롯쌍군(136)은, 도 4 중의 일점쇄선으로 나타내는 가상 원의 외측 영역에 마련된 14쌍의 슬롯쌍(140')이다. 이와 같이, 슬롯쌍(140, 140')은 슬롯판(20)의 중심(중심 위치)(138)(=유전체창(16)의 중심축(144a)(도 2(b) 참조))을 둘러싸도록 동심원 형상으로 배치되어 있다.
또, 유전체창(16)과 슬롯판(20)은 동축 배치되어 있다.
외주측 슬롯쌍군(136)에 있어서, 14쌍의 슬롯쌍(140')은, 둘레 방향으로 서로 이웃하는 2개의 슬롯쌍을 1조로 하여, 각각의 조가, 둘레 방향으로 등간격으로 배치되어 있다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 원형 딤플로 이루어지는 제 2 오목부가 마련된 위치에 대응하는 위치에, 외주측 슬롯쌍군(136)에 배치되는 14쌍의 슬롯쌍(140')의 어느 슬롯에 중복하도록, 각각 배치하여 위치를 맞출 수 있다.
또, 외주측 슬롯쌍군(136)은, 슬롯판(20)의 지름 방향의 중심(138)으로부터 지름 방향 외측으로 보아, 내주측 슬롯쌍군(135)과 겹치지 않도록 배치되어 있다. 이 때문에, 외주측 슬롯쌍군(136)은, 2개의 슬롯쌍(140')을 조로 하여, 그 조가 각각, 둘레 방향으로 등간격으로 배치되어 있다.
이 실시 형태에 있어서는, 제 1 슬롯(133)의 개구 폭, 즉, 제 1 슬롯(133) 중, 긴 방향으로 연장되는 한쪽의 벽부(130a)와 긴 방향으로 연장되는 다른 쪽의 벽부(130b)의 사이의 길이 W1은, 14㎜가 되도록 구성되어 있다. 한편, 도 4 중의 길이 W2로 나타내는 제 1 슬롯(133)의 긴 방향의 길이, 즉, 제 1 슬롯(133)의 긴 방향의 한쪽의 단부(130c)와 제 1 슬롯(133)의 긴 방향의 다른 쪽의 단부(130d)의 사이의 길이 W2는, 35㎜가 되도록 구성되어 있다. 폭 W1, 길이 W2는 ±10%의 변경을 허용할 수 있지만, 이 이외의 범위이더라도, 장치로서는 기능한다. 제 1 슬롯(133)에 대하여, 긴 방향의 길이에 대한 짧은 방향의 길이의 비 W1/W2는, 14/35=0.4이다. 제 1 슬롯(133)의 개구 형상과 제 2 슬롯(134)의 개구 형상은 동일하다. 즉, 제 2 슬롯(134)은, 제 1 슬롯(133)을 90도 회전시킨 것이다. 또, 슬롯이라고 하는 긴 구멍을 구성함에 있어서, 길이의 비 W1/W2에 대해서는, 1 미만이 된다.
한편, 제 4 슬롯(134')의 개구 폭 W3은, 제 1 슬롯(133)의 개구 폭 W1보다 작게 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 제 1 슬롯(133)의 개구 폭 W1은, 제 4 슬롯(134')의 개구 폭 W3보다 크게 형성되어 있다. 여기서는, 제 4 슬롯(134')의 개구 폭 W3은, 예컨대 10㎜가 되도록 구성되어 있다. 도 4 중의 길이 W4로 나타내는 제 4 슬롯(134')의 긴 방향의 길이는, 제 1 슬롯(133)의 길이 W2와 동일하다. 폭 W3, 길이 W4는 ±10%의 변경을 허용할 수 있지만, 이 이외의 범위이더라도, 장치로서는 기능한다. 제 4 슬롯(134')에 대하여, 긴 방향의 길이에 대한 짧은 방향의 길이의 비 W3/W4는, 10/35=약 0.29이다. 제 4 슬롯(134')의 개구 형상과 제 3 슬롯(133')의 개구 형상은 동일하다. 즉, 제 3 슬롯(133')은, 제 4 슬롯(134')을 90도 회전시킨 것이다. 또, 슬롯이라고 하는 긴 구멍을 구성함에 있어서, 길이의 비 W3/W4에 대해서는, 1 미만이 된다.
슬롯판(20)의 지름 방향의 중앙에도, 관통 구멍(137)이 마련되어 있다. 또, 외주측 슬롯쌍군(136)의 외연측의 영역에는, 슬롯판(20)의 둘레 방향의 위치 결정을 용이하게 하기 위해, 판 두께 방향으로 관통하도록 하여 기준 구멍(139)이 마련되어 있다. 즉, 이 기준 구멍(139)의 위치를 표적으로 하여, 처리 용기(2)나 유전체창(16)에 대한 슬롯판(20)의 둘레 방향의 위치 결정을 행한다. 슬롯판(20)은, 기준 구멍(139)을 제외하고, 지름 방향의 중심(138)을 중심으로 한 회전 대칭성을 갖는다.
또한, 슬롯판(20)의 구조에 대하여 상세히 설명하면, 슬롯판(20)의 중심 위치(138)로부터 제 1 거리 K1(원 K1로 나타낸다)에 위치하는 제 1 슬롯군(133)과, 중심 위치(138)로부터 제 2 거리 K2(원 K2로 나타낸다)에 위치하는 제 2 슬롯군(134)과, 중심 위치(138)로부터 제 3 거리 K3(원 K3로 나타낸다)에 위치하는 제 3 슬롯군(133')과, 중심 위치(138)로부터 제 4 거리 K4(원 K4로 나타낸다)에 위치하는 제 4 슬롯군(134')을 구비하고 있다.
여기서, 제 1 거리 K1<제 2 거리 K2<제 3 거리 K3<제 4 거리 K4의 관계를 만족시키고 있다. 슬롯판의 중심 위치(138)로부터 각 슬롯(133, 134, 133', 또는 134')의 중심을 지나서 연장된 직선(제 1 직선 R1, 제 2 직선 R2 또는 R3)과, 이 슬롯의 긴 방향이 이루는 각도는, 제 1 내지 제 4 슬롯군(133, 134, 133', 134')에 있어서의 각각의 슬롯군마다 동일하다.
슬롯판(20)의 중심 위치(138)로부터 연장되는 동일한 직선(제 1 직선 R1) 위에 위치하는 제 1 슬롯군의 슬롯(133)과, 제 2 슬롯군의 슬롯(134)은, 상이한 방향으로 연장되고 있고(본 예에서는 직교하고 있다), 슬롯판(20)의 중심 위치(138)로부터 연장되는 동일한 직선(제 2 직선 R2 또는 R3) 위에 위치하는 제 3 슬롯군의 슬롯(133')과, 제 4 슬롯군의 슬롯(134')은, 상이한 방향으로 연장되고 있다(본 예에서는 직교하고 있다). 여기서, 직선 R1과 직선 R2, 또는, 직선 R1과 직선 R3은, 서로 겹치지 않도록 슬롯(133, 134, 133', 134')이 배치되어 있다. 예컨대, 직선 R1과 직선 R2, 또는, 직선 R1과 직선 R3은, 이루는 각도가 10° 이상으로 되어 있다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 투입 파워에 대한 마이크로파 방사 효율이 낮은 슬롯을 배제하여 배치할 수 있으므로, 상대적으로 다른 슬롯에 대한 투입 파워의 분배를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 투입 파워에 대한 방사 전계 강도가 향상되고, 플라즈마 안정성을 개선할 수 있다.
제 1 슬롯군의 슬롯(133)의 수와 제 2 슬롯군의 슬롯(134)의 수는, 동일한 수 N1이고, 제 3 슬롯군의 슬롯(133')의 수와 제 4 슬롯군의 슬롯(134')의 수는, 동일한 수 N2이다. 여기서, N2는 N1의 정수배이고, 면 내 대칭성이 높은 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하다.
상기한 바와 같이, 음성 가스는, 전자 에너지가 10eV 이하에서 전자 부착 단면적을 갖기 때문에, 플라즈마 확산 영역에서 전자를 부착시켜 음이온화하기 쉬운 경향이 있다. 즉, 음성 가스를 이용한 플라즈마 처리에서는, 플라즈마 중에 음의 전하로서 전자와 음이온이 동시에 존재하게 된다. 따라서, 음성 가스에 의해 전자가 부착되면 로스가 발생하기 때문에, 플라즈마의 안정성을 유지하기 위해서는, 적어도 그 로스를 보상하도록 생성하는 전자를 증가시킬 필요가 있다. 이 때문에, 음성 가스에 의한 플라즈마 처리에서는, 다른 가스에 비하여 전계 강도의 향상이 요구되고 있다. 본 실시 형태와 관련되는 안테나 및 플라즈마 처리 장치에 의하면, 투입 파워에 대한 방사 전계 강도를 향상시킬 수 있으므로, 음성 가스를 이용한 경우에도, 플라즈마 안정성을 개선할 수 있다. 특히, 음이온이 발생하기 쉬운 중압(예컨대 50mTorr(6.5㎩))~고압에 있어서, 낮은 데미지의 에칭 프로세스 등을 기대할 수 있다.
또한, 본 실시 형태와 관련되는 안테나 및 플라즈마 처리 장치에 의하면, 제 1 슬롯군 및 제 2 슬롯군의 슬롯 폭 W1은, 제 3 슬롯군 및 제 4 슬롯군의 슬롯 폭 W3보다 크게 되어 있다. 슬롯의 개구 형상에 대해서는, 폭이 넓어질수록, 도입되는 마이크로파의 전계가 저하한다. 또한, 슬롯의 개구 폭이 좁아지면, 그 만큼 마이크로파를 강하게 방사할 수 있다. 따라서, 슬롯판(20)의 중심 위치(138)에 가까운 제 1 슬롯군 및 제 2 슬롯군의 방사 전계 강도를, 슬롯판(20)의 중심 위치(138)에 먼 제 3 슬롯군 및 제 4 슬롯군의 방사 전계 강도보다 약하게 할 수 있다. 마이크로파는 전파에 의해 감쇠하기 때문에, 상기 구성을 채용하는 것에 의해, 마이크로파의 방사 전계 강도가 면 내에서 균일화되어, 면 내 균일성이 높은 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태와 관련되는 안테나 및 플라즈마 처리 장치에 의하면, 슬롯판(20)의 주 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우, 슬롯판(20)에 있어서의 각각의 슬롯(133) 내에, 각각의 제 2 오목부(153)의 중심 위치가 겹쳐 위치하고 있기 때문에, 균일성이 높은 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 처리량의 면 내 균일성을 높게 할 수 있다. 이와 같은 플라즈마 처리 장치는, 에칭뿐만 아니라, 막의 퇴적에도 이용할 수 있다.
이상, 여러 가지의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 상술한 실시 형태로 한정되는 일 없이 여러 가지의 변형 형태를 구성 가능하다. 예컨대, 상기 실시 형태에서는 동심원으로서 슬롯쌍이 2중의 원환 형상으로 배치되는 예를 설명했지만, 3중 이상의 원환 형상으로 배치되는 경우이더라도 좋다.
도 5는 제 2 오목부와 슬롯의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5(a)에서는, 제 2 오목부(153)의 중심 G2의 위치를, 슬롯(133')으로부터의 전계 E가 선택적으로 도입되는 위치로 설정한 경우를 나타내고 있다. 마이크로파의 도입에 의해, 전계 E는 슬롯(133', 134')의 폭 방향으로 발생한다. 본 예에서는, 슬롯(133')의 중심 위치 G1과 제 2 오목부(153)의 중심 G2가 일치하고, 슬롯(133') 내에, 제 2 오목부(153)의 중심 위치 G2가 겹쳐 위치하고 있다. 이 경우는, 제 2 오목부(153)에 플라즈마가 확실히 고정되기 때문에, 플라즈마의 요동은 적고, 각종 조건 변화에 대해서도 플라즈마의 면 내 변동이 적어진다. 특히, 제 2 오목부(153)가 형성되어 있는 위치가, 제 1 오목부의 저면이기 때문에, 1개의 제 2 오목부(153) 주위의 면의 등가성이 높고, 플라즈마의 고정 정도가 높아진다.
한편, 도 5(b)에서는, 제 2 오목부(153)의 중심 위치 G2의 위치를, 쌍방의 슬롯(133', 134')으로부터의 전계 E가 도입되는 위치로 설정한 경우를 나타내고 있다. 환언하면, 도 5(b)에 있어서는, 슬롯(133')의 중심 위치 G1과 제 2 오목부(153)의 중심 G2는 이간하고, 슬롯(133') 내에, 제 2 오목부(153)의 중심 위치 G2가 겹쳐 위치하고 있지 않은 경우를 나타내고 있다. 이 경우는, 도 5(a)의 경우보다, 오목부(153) 내에 마이크로파가 들어가기 어렵고, 따라서 플라즈마 밀도가 내려간다.
또, 슬롯판(20)의 주 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우, 제 1 오목부(147)에 둘러싸인 평탄면(146)(도 2 참조)은, 제 1 슬롯군(133)(도 4 참조)에 겹쳐져 위치하고 있다.
또한, 제 2 오목부(153)는, 제 3 슬롯군(133')의 슬롯 또는 제 4 슬롯군(134')의 슬롯에 겹쳐져 위치하고 있다. 즉, 복수의 제 2 오목부(153)에, 외측의 슬롯군(제 3 또는 제 4 슬롯군)이 겹치는 것에 의해, 안정된 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 왜냐하면, 상술한 바와 같이, 제 2 오목부(153)에 플라즈마가 확실히 고정되기 때문에, 플라즈마의 요동은 적고, 각종 조건 변화에 대해서도 플라즈마의 면 내 변동이 적어지기 때문이다.
이상, 설명한 바와 같이, 상술한 유전체창(16)의 한쪽 면측에는 슬롯판(20)이 배치된다. 유전체창(16)의 다른 쪽 면은, 고리 형상의 제 1 오목부(147)에 둘러싸인 평탄면(146)과, 제 1 오목부(147)의 저면에 형성된 복수의 제 2 오목부(153)(153a~153g)를 구비하고 있다. 상기 안테나는, 유전체창(16)과, 유전체창(16)의 한쪽 면에 마련된 슬롯판(20)을 구비하고 있고, 이것은 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있다.
상술한 플라즈마 처리 장치는, 상기 안테나와, 안테나를 내부에 갖는 처리 용기와, 처리 용기의 내부에 마련되고, 유전체창의 다른 쪽 면에 대향하고, 처리되는 기판이 실리는 탑재대와, 안테나에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 발생기를 구비하고 있다. 이 플라즈마 처리 장치에 의하면, 플라즈마의 면 내 균일성을 개선할 수 있다.
또, 상술한 슬롯판은 별도의 것을 이용하는 것도 가능하다.
도 6은 유전체창 위에 마련되는 다른 슬롯판의 평면도이다.
동 도면에 나타내는 슬롯판은, 도 4에 나타낸 것과 비교하여, 이하의 (1), (2)가 상이하고, 다른 구성은 동일하다.
즉, (1) 내측의 슬롯(133, 134)의 폭 W1이, 도 4에 나타낸 것보다 좁아져, W1=W3 혹은, W1<W3을 만족시키고 있다. 이와 같이 내측의 슬롯(133, 134)의 폭을 좁게 하는 것에 의해, 적어도 플라즈마의 모드의 안정을 기대할 수 있다. 또한, 외측의 슬롯(133', 134')의 폭도 동일한 정도로 설정한다. 슬롯의 폭을 좁게 하는 것에 의해, 특히, 내측의 슬롯(133, 134)의 폭 W1을 좁게 하는 것에 의해, 플라즈마의 모드가 안정된다고 기대된다. 왜냐하면, 슬롯 폭이 좁아지면 그 슬롯이 형성하는 정재파의 최대 전계 강도가 강해지는 경향이 있다. 전계 강도가 강해지면 그 부분에서의 플라즈마 생성의 확률이 보다 높아지는 것을 의미하고 있고, 그 장소에서의 플라즈마 생성 확률이 높아진다고 하는 것은 다른 곳에서의 플라즈마 생성을 결과적으로 억제시키는 것으로 이어진다. 다시 말해 모드의 시프트가 일어나기 어려워진다. 다시 말해 플라즈마의 안정성의 향상 및 실화의 억제로 이어진다. 다음으로 모드의 수에 관하여 말하면, 지배적인 모드 수가 많으면 그 모드 중에서도 전계의 강약이 생기기 쉬워져 플라즈마 조건에 따라서는 플라즈마 생성 위치가 한정되기 어려워져 플라즈마 불안정성으로 이어진다. 내측 슬롯의 수는 외주 슬롯의 수보다 적게, 다시 말해 그 내측 슬롯의 폭을 작게 한다고 하는 것은 내측의 슬롯에 의한 플라즈마 생성이 지배적이 되기 때문에 플라즈마 생성 부분도 적어지기 때문에 모드가 바뀌기 어려운 경향이 되어, 모드 고정을 촉진하게 되기 때문에 안정성 개선으로도 이어진다. 폭 W1=W3=6㎜인 것이 바람직하지만, 20%의 오차를 포함하여, W1=W3=6㎜±6㎜×0.2로 하더라도 효과를 기대할 수 있다. 왜냐하면, 이 오차 범위이면 그 슬롯에 의해 형성되는 전계 강도의 최대치가 크게 영향을 받는 일이 없기 때문이다.
또한, (2) 외측의 슬롯(133', 134')의 수를 2배의 28조로 증가시켜, 둘레 방향을 따라서 균등하게 배치하고, 외측의 슬롯(133', 134')이, 평면에서 볼 때, 오목부(153)와 겹쳐질 뿐만 아니라, 오목부가 형성되어 있는 위치에 있어서도, 위치하는 것으로 했다. 이것에 의해, 오목부(153)가 존재하지 않는 위치에 있어서도, 모드가 고정되는 것이 기대된다.
본 형태에서는, 이들 (1), (2)를 함께 이용하는 것에 의해, 플라즈마를 안정시키고, 또한, 플라즈마의 실화를 억제할 수 있는 것을 찾아냈다.
도 7은 도 4와 도 6의 슬롯판을 이용한 경우에 있어서, 압력과 파워에 따른 플라즈마의 안정성의 가부를 나타내는 도표((a) 도 4의 실시예, (b) 도 6의 실시예)이다.
도 4의 실시예의 구조에서는, 내측 슬롯의 폭 W1을 14㎜로 하고, 외측 슬롯의 폭 W3을 10㎜로 했다. 도 6의 실시예의 구조에서는, 내측 슬롯의 폭 W1을 6㎜로 하고, 외측 슬롯의 폭 W3도 6㎜로 했다. 또, 플라즈마 처리 장치에 있어서의 정전 척에 인가되는 RF 파워는 250W, 처리 용기 내로의 도입 가스는 N2가 300sccm, Cl2가 100sccm, RDC 값은 30%로 하고, 기판 온도는 30℃, 계측 시간은 30초로 했다.
이 경우, 도 7(a)의 도 4의 실시예에 있어서는, 처리 용기 내의 압력(Pressure(mT))이 낮고, 마이크로파 파워(MW Pf (W))가 높은 경우에는, 플라즈마가 안정되게 관찰되었지만(OK), 그 이외의 영역에서는 플라즈마가 눈으로 본 관찰에 있어서, 어른거렸다(NG). 또, 1mT(밀리토르)는, 133mPa이다.
한편, 도 7(b)의 도 6의 실시예에 있어서는, 압력 10mT~200mT, 파워 700~3000W의 모든 범위에 있어서, 플라즈마가 안정되게 관찰되었다(OK).
도 8은 도 6의 슬롯판을 이용한 경우에 있어서, 압력과 파워에 따른 실화하지 않는 상태의 가부를 나타내는 도표((a) 도 4의 실시예, (b) 도 6의 실시예)이다. 실험 조건은, 도 7의 경우와 동일하다.
이 경우, 도 8(a)의 도 4의 실시예에 있어서는, 처리 용기 내의 압력(Pressure(mT))이 낮고, 마이크로파 파워(MW Pf (W))도 낮은 경우와, 압력(Pressure(mT))이 높고, 마이크로파 파워(MW Pf (W))도 높은 경우에 있어서, 실화가 생기는 경우가 있었다(NG). 그 이외의 범위에 있어서는, 플라즈마의 실화가 관찰되지 않았다(OK).
한편, 도 8(b)의 도 6의 실시예에 있어서는, 압력 10mT~200mT, 파워 700~3000W의 모든 범위에 있어서, 플라즈마의 실화가 관찰되지 않았다(OK).
이상, 설명한 바와 같이, 플라즈마의 안정성과 실화 회피 성능은, 모두 도 6의 실시예의 구조가 높았지만, 도 4의 실시예의 구조에서도, 플라즈마의 면 내 균일성을 개선 가능한 것에는 변함이 없다.
상기 안테나는, 유전체창과, 유전체창의 한쪽 면에 마련된 슬롯판을 구비하고, 상기 슬롯판은, 상기 슬롯판의 중심 위치를 중심으로 하여 동심원 형상으로 배치된 내측의 슬롯군(133, 134), 및 외측의 슬롯군을 구비하고, 외측의 슬롯군(133', 134')은, 제 2 오목부(153)와 겹치는 위치, 및, 제 2 오목부(153)와 겹치지 않는 위치의 쌍방에 위치하고 있다. 이것에 의해, 플라즈마의 안정성과 실화 회피 성능이 향상 가능하다.
147 : 제 1 오목부
153 : 제 2 오목부
W : 웨이퍼(기판)
2 : 처리 용기
3 : 탑재대
1 : 플라즈마 처리 장치
16 : 유전체창
20 : 슬롯판
35 : 마이크로파 발생기
58 : 중앙 도입구
62 : 주변 도입구

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 유전체창과,
    상기 유전체창의 한쪽 면에 마련된 슬롯판
    을 구비하는 안테나에 있어서,
    상기 유전체창의 다른 쪽 면은,
    고리 형상의 제 1 오목부에 둘러싸인 평탄면과,
    상기 제 1 오목부의 저면에 형성된 복수의 제 2 오목부를 구비하고,
    상기 슬롯판은,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 1 거리에 위치하는 복수의 슬롯을 포함하는 제 1 슬롯군과,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 2 거리에 위치하는 복수의 슬롯을 포함하는 제 2 슬롯군과,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 3 거리에 위치하는 복수의 슬롯을 포함하는 제 3 슬롯군과,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 제 4 거리에 위치하는 복수의 슬롯을 포함하는 제 4 슬롯군을 갖고,
    제 1 거리<제 2 거리<제 3 거리<제 4 거리의 관계를 만족시키고,
    서로 대응하는 상기 제 1 슬롯군의 슬롯 및 상기 제 2 슬롯군의 슬롯이 서로 조가 되어 복수의 제 1 슬롯쌍을 형성함과 아울러, 서로 대응하는 상기 제 3 슬롯군의 슬롯 및 상기 제 4 슬롯군의 슬롯이 서로 조가 되어 복수의 제 2 슬롯쌍을 형성하고,
    상기 슬롯판의 주 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우, 상기 제 1 오목부에 둘러싸인 평탄면이 상기 제 1 슬롯군에 겹쳐져 위치하고, 상기 제 2 오목부가 상기 제 3 슬롯군의 슬롯 또는 상기 제 4 슬롯군의 슬롯의 적어도 한쪽에, 상기 제 2 오목부의 중심이 대응하는 슬롯의 중심 위치와 일치하도록 위치하며,
    상기 제 1 슬롯군의 슬롯 폭과 상기 제 2 슬롯군의 슬롯 폭은, 동일하고,
    상기 제 3 슬롯군의 슬롯 폭과 상기 제 4 슬롯군의 슬롯 폭은, 동일하고,
    상기 제 1 슬롯군의 슬롯 폭과 상기 제 2 슬롯군의 슬롯 폭은, 상기 제 3 슬롯군의 슬롯 폭 및 상기 제 4 슬롯군의 슬롯 폭보다 큰
    안테나.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 슬롯쌍 각각의 상기 제 2 슬롯군의 슬롯은, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 해당 제 1 슬롯쌍의 상기 제 1 슬롯군의 슬롯을 지나서 연장된 제 1 직선상에 위치하고,
    상기 복수의 제 2 슬롯쌍 각각의 상기 제 4 슬롯군의 슬롯은, 상기 슬롯판의 중심 위치로부터 해당 제 2 슬롯쌍의 상기 제 3 슬롯군의 슬롯을 지나서 연장된 제 2 직선상에 위치하고,
    상기 제 1 직선과 상기 제 2 직선이 서로 겹치지 않도록 각 슬롯이 배치되어 있는
    안테나.
  5. 삭제
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 슬롯군의 슬롯 수와 상기 제 2 슬롯군의 슬롯 수는, 동일한 수 N1이고,
    상기 제 3 슬롯군의 슬롯 수와 상기 제 4 슬롯군의 슬롯 수는, 동일한 수 N2이고,
    N2는 N1의 정수배인
    안테나.
  7. 삭제
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 각 슬롯의 중심을 지나서 연장된 직선과, 해당 슬롯의 긴 방향이 이루는 각도는, 제 1 내지 제 4 슬롯군에 있어서의 각각의 슬롯군마다 동일하고,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 연장되는 동일한 직선상에 위치하는 제 1 슬롯군의 슬롯과, 제 2 슬롯군의 슬롯은, 상이한 방향으로 연장되고 있고,
    상기 슬롯판의 중심 위치로부터 연장되는 동일한 직선상에 위치하는 제 3 슬롯군의 슬롯과, 제 4 슬롯군의 슬롯은, 상이한 방향으로 연장되고 있는
    안테나.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 오목부의 평면 형상은 원형인 안테나.
  10. 청구항 2에 기재된 안테나와,
    상기 안테나를 천정부에 갖는 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내부에 마련되고, 상기 유전체창의 다른 쪽 면에 대향하고, 처리되는 기판이 실리는 탑재대와,
    상기 안테나에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 발생기
    를 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 삭제
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 슬롯군 및 상기 제 2 슬롯군의 각각의 슬롯의 폭은, 6㎜±6㎜×0.2인 것을 특징으로 하는 안테나.
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