KR102500590B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 플라즈마 처리에 있어서의 유전체창 근방에서의 이상 방전을 방지하는 것을 과제로 한다.
플라즈마 처리 장치는, 처리 용기(10)의 상부의 개구부를 밀봉하도록 마련되며, 처리 용기(10) 내에 마이크로파를 투과시키는 유전체창(41)과, 처리 용기(10) 내에서 유전체창(41)의 둘레 가장자리부를 지지하는 지지부(45)를 갖는다. 지지부(45)는, 유전체창(41)의 둘레 가장자리부를 지지하는 지지면(82)과, 지지면(82)과 연속하는 면이며 또한 유전체창(41)과 접하지 않는 비접촉면(84)과의 사이의, 유전체창(41)을 가로지르는 각도가 180도 이하이다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 피처리체에 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
종래, 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함) 등의 피처리체에 대하여 성막 처리나 에칭 처리를 행하는 장치로서, 예컨대 마이크로파를 이용하여 처리 용기 내에서 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리가 이용되고 있다.
이러한 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리 장치는 처리 용기 상부의 개구부를 기밀(氣密)하게 덮는 유전체창을 갖고, 이 유전체창은 처리 용기에 있어서는 그 유전체창의 둘레 가장자리부를 지지하는 지지부에 의해 지지되어 있다. 유전체창의 상면에는 슬롯이나 구멍이 다수 형성된 대략 원반형의 금속판으로 이루어지는 평면 안테나가 마련되어 있다. 그리고, 도파관을 통해 평면 안테나의 반경 방향으로 전파된 마이크로파는, 슬롯판에서 원편파를 발생시킨 후, 평면 안테나의 슬롯이나 구멍으로부터 방사되어, 유전체창을 통해 처리 용기 내에 도입된다. 처리 용기 내에서는, 마이크로파에 의해 유전체창 하방으로 발생한 전계에 의해 처리 가스가 플라즈마화되어, 소정의 플라즈마 처리가 행해진다.
그런데, 전술한 바와 같이 마이크로파를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 경우, 유전체창과 그 유전체창을 지지하는 지지부의 접점 근방에서 전계 강도가 높아져, 국부적으로 이상 방전이 발생하는 경우가 있다. 이것은, 유전체창을 지지하는 지지부가 접지되어 접지 전위로 되기 때문에, 유전체창에는 외측면을 노드로 하는 정재파가 반경 방향을 따라 발생하여, 외측면보다 반경 방향 내측의 위치에서 고전계의 부분이 발생하기 때문이다. 그 결과, 이상 방전에 의해 근방의 부재가 스퍼터되어 파티클이 생겨, 피처리체인 웨이퍼에 부착되거나, 웨이퍼의 처리 레이트에 불균일이 생기거나 한다는 문제가 있었다. 그래서, 특허문헌 1에는 전계가 집중하여 이상 방전이 발생하기 쉬운 지지부의 코너부를 곡면형으로 형성하는 것이 제안되어 있다.
일본 특허 공개 제2002-170824호 공보
그러나, 지지부의 코너부를 곡면형으로 형성함으로써 이상 방전의 발생을 억제할 수 있지만, 지지부의 코너부 근방은 고전계 상태 그대로이며, 여전히 이상 방전이 발생하기 때문에, 웨이퍼에의 파티클 부착이라고 하는 문제는 해결되지 않았다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 플라즈마 처리에 있어서의 유전체창 근방에서의 이상 방전을 방지하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 안테나 부재를 통해 처리 용기 내에 도입된 마이크로파에 의해 상기 처리 용기의 처리 공간 내에 플라즈마를 생성하여, 피처리체에 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 처리 용기의 상부의 개구부를 밀봉하도록 마련되며, 상기 처리 용기 내에 마이크로파를 투과시키는 유전체창과, 상기 처리 용기 내에서 상기 유전체창의 둘레 가장자리부를 지지하는 지지부를 가지고, 상기 지지부는, 상기 유전체창의 둘레 가장자리부를 지지하는 지지면과, 상기 지지면과 연속하는 면이며 또한 상기 유전체창과 접하지 않는 비접촉면과의 사이의, 상기 유전체창을 가로지르는 각도가, 180도 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명자들은 유전체창의 둘레 가장자리부를 지지하는 지지면과, 그 지지면과 연속하는 면이며 또한 유전체창과 접하지 않는 비접촉면과의 각도를 변화시킨 경우에, 지지면과 비접촉면과의 경계 근방의 전계 강도가 어떻게 변화할지에 대해서 확인하는 시뮬레이션을 행하였다. 또한, 지지면과 비접촉면과의 각도란, 지지면과 비접촉면 사이에 존재하는 유전체창을 가로지르는 측의 각도이다. 그 결과, 상기 각도가 작아질수록 지지면과 비접촉면과의 코너부 근방에서의 전계 강도가 저하한다고 하는 지견을 얻었다. 또한, 이 전계 강도는, 코너부의 각도가 180도보다 큰 영역에 있어서는, 각도가 커지면 급격히 상승하는 것이 확인되었다. 이것으로부터, 이 코너부의 각도를 180도 이하로 함으로써, 계면 근방의 전계 강도를 낮게 억제할 수 있는 것을 발견하였다.
본 발명은 이러한 지견에 기초하는 것으로, 지지부의 지지면과 비접촉면과의 사이의, 유전체창을 가로지르는 측의 각도가 180도 이하이기 때문에, 지지면과 비접촉면과의 코너부 근방에 있어서의 전계 강도를 낮게 억제할 수 있다. 따라서, 유전체창 근방에서의 이상 방전을 방지할 수 있다.
상기 지지면은 상기 처리 용기의 내방을 향하여 돌출하여 마련되고, 상기 지지면의 상면에는 상방을 향하여 돌출하는 돌기부가 마련되어 있어도 좋다.
상기 유전체창의 바깥 둘레 가장자리부에는 수직 하강부가 형성되고, 상기 유전체창은, 상기 수직 하강부가 상기 지지면과 접촉함으로써 상기 지지부에 지지되어 있어도 좋다.
상기 유전체창의 바깥 둘레 가장자리부에는 수직 하강부가 형성되고, 상기 수직 하강부의 하단에는 상기 처리 용기의 내방을 향하여 접어 꺾여서 돌출한 피지지부가 형성되며, 상기 유전체창은 상기 피지지부가 상기 지지면과 접촉함으로써 상기 지지부에 지지되고, 상기 피지지부의 상단면은 상기 돌기부의 상단면보다 낮아도 좋다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 처리에 있어서의 유전체창 근방에서의 이상 방전을 방지할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 유전체창과 지지부 근방의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다.
도 3은 종래의 유전체창과 지지부 근방의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다.
도 4는 본 실시형태에 따른 유전체창과 지지부 근방의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다.
도 5는 코너부의 각도를 변화시킨 경우의 전계 강도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 종래의 유전체창과 지지부 근방의 전계 강도 분포를 나타내는 설명도이다.
도 7은 본 실시형태에 따른 유전체창과 지지부 근방의 전계 강도 분포를 나타내는 설명도이다.
도 8은 다른 실시형태에 따른 유전체창과 지지부 근방의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다. 본 실시형태에서는, 플라즈마 처리 장치(1)가 피처리체로서의 웨이퍼(W)의 표면(상면)에 대하여 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposiotion) 처리를 행하는 성막 장치인 경우를 예로 하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 있어서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다. 또한, 이하에 나타내는 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니다.
플라즈마 처리 장치(1)는 도 1에 나타내는 바와 같이 처리 용기(10)를 갖는다. 처리 용기(10)는 천장면이 개구된 대략 원통 형상을 가지고, 그 천장면 개구부에는 후술하는, 안테나 부재로서의 레이디얼 라인 슬롯 안테나(40)가 배치되어 있다. 또한, 처리 용기(10)의 측면에는 웨이퍼(W)의 반입반출구(도시하지 않음)가 형성되고, 그 반입반출구에는 게이트 밸브(도시하지 않음)가 마련되어 있다. 그리고, 처리 용기(10)는 그 내부를 밀폐 가능하게 구성되어 있다. 또한, 처리 용기(10)에는 알루미늄이나 스테인리스강 등의 금속이 이용되고, 처리 용기(10)는 전기적으로 접지되어 있다.
처리 용기(10) 내의 바닥부에는, 웨이퍼(W)를 상면에 배치시키는 원통 형상의 배치대(20)가 마련되어 있다. 배치대(20)에는 예컨대 AlN 등이 이용된다.
배치대(20)의 내부에는 정전 척용의 전극(21)이 마련되어 있다. 전극(21)은 처리 용기(10)의 외부에 마련된 직류 전원(22)에 접속되어 있다. 그리고, 직류 전원(22)에 의해 전극(21)에 전압을 인가함으로써, 웨이퍼(W)를 배치대(20) 상에 정전 흡착할 수 있다.
또한, 배치대(20)의 내부에는 예컨대 냉각 매체를 유통시키는 온도 조절 기구(23)가 마련되어 있다. 온도 조절 기구(23)는 처리 용기(10)의 외부에 마련되고, 냉각 매체의 온도를 조정하는 액온 조절부(24)에 접속되어 있다. 그리고, 액온 조절부(24)에 의해 냉매 매체의 온도가 조절되어, 배치대(20)의 온도를 제어할 수 있고, 이 결과, 배치대(20) 상에 배치된 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 유지할 수 있다.
또한, 배치대(20)에는 RF 바이어스용의 고주파 전원(도시하지 않음)이 접속되어 있어도 좋다. 고주파 전원은 웨이퍼(W)에 인입하는 이온의 에너지를 제어하는 데 알맞은 일정한 주파수, 예컨대 13.56 ㎒의 고주파를 소정의 파워로 출력한다.
또한, 배치대(20)에는 그 배치대(20)를 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍(도시하지 않음)이 예컨대 3개소에 형성되어 있다. 관통 구멍에는 후술하는 승강 핀(31)이 삽입 관통하여 마련되어 있다.
배치대(20)의 하면에는 그 배치대(20)를 지지하는 지지 부재(25)가 마련되어 있다.
배치대(20)의 하방에는 배치대(20) 상에 놓여진 웨이퍼(W)를 적절하게 승강시키는 승강 기구(30)가 마련되어 있다. 승강 기구(30)는 승강 핀(31), 플레이트(32), 지주(33) 및 승강 구동부(34)를 갖는다. 승강 핀(31)은 플레이트(32)의 상면에 예컨대 3개 마련되고, 배치대(20)의 상면으로 돌출 가능하게 구성되어 있다. 플레이트(32)는 처리 용기(10)의 바닥면을 관통하는 지주(33)의 상단에 지지되어 있다. 지주(33)의 하단에는 처리 용기(10)의 외부에 배치된 승강 구동부(34)가 마련되어 있다. 이 승강 구동부(34)의 가동에 의해, 배치대(20)를 관통하고 있는 3개의 승강 핀(31)이 승강하여, 승강 핀(31)의 상단이 배치대(20)의 상면으로부터 상방으로 돌출한 상태와, 승강 핀(31)의 상단이 배치대(20)의 내부에 인입된 상태로 전환된다.
처리 용기(10)의 천장면 개구부에는, 플라즈마 생성용의 마이크로파를 공급하는 레이디얼 라인 슬롯 안테나(40)(radial line slot antenna)가 마련되어 있다. 레이디얼 라인 슬롯 안테나(40)는 유전체창(41), 슬롯판(42), 지파판(遲波板)(43) 및 실드 덮개(44)를 갖는다.
유전체창(41)은 처리 용기(10)의 내측면으로부터 그 처리 용기(10)의 중심 방향으로 돌출하여 마련된 지지부(45)의 상면에, O 링 등의 시일 부재(도시하지 않음)를 통해 기밀하게 지지되어 있고, 이 유전체창(41)과 처리 용기(10)에 의해 둘러싸인 영역에 의해, 처리 공간(P)이 형성되어 있다. 유전체창(41)에는 유전체, 예컨대 석영, Al2O3, AlN 등이 이용되며, 유전체창(41)은 마이크로파를 투과시킨다. 또한, 유전체창(41)과 지지부(45)의 구성의 상세에 대해서는 후술한다.
슬롯판(42)은 유전체창(41)의 상면으로서, 배치대(20)와 대향하도록 마련되어 있다. 슬롯판(42)에는 도전성을 지닌 재료, 예컨대 구리, 알루미늄, 니켈 등이 이용된다. 슬롯판(42)의 표면에는 복수의 쌍으로 된 슬롯(도시하지 않음)이 동심 원형으로 형성되어 있다. 각 슬롯은 대략 사각형의 관통 홈이며, 인접하는 슬롯끼리는 서로 직교하여 대략 알파벳의 「T」의 문자를 형성하도록 배치되어 있다. 각 슬롯의 길이나 배열 간격은, 공급되는 마이크로파의 파장에 따라 결정된다.
슬롯판(42)의 상면에는 지파판(43)이 마련되어 있다. 지파판(43)에는 저손실 유전체 재료, 예컨대 석영, Al2O3, AlN 등이 이용되며, 지파판(43)은 마이크로파의 파장을 단축한다.
실드 덮개(44)는 지파판(43)의 상면에 있어서, 지파판(43)과 슬롯판(42)을 덮도록 마련되어 있다. 실드 덮개(44)의 내부에는 예컨대 냉각 매체를 유통시키는 원환형의 유로(46)가 복수개 마련되어 있다. 유로(46)를 흐르는 냉각 매체에 의해, 유전체창(41), 슬롯판(42), 지파판(43), 실드 덮개(44)가 소정의 온도로 조절된다.
실드 덮개(44)의 중앙부에는 동축 도파관(50)이 접속되어 있다. 동축 도파관(50)은 내부 도체(51)와 외부 도체(52)를 갖는다. 내부 도체(51)는 슬롯판(42)과 접속되어 있다. 내부 도체(51)의 하단부는 원추형으로 형성되고, 그 직경이 슬롯판(42)측을 향하여 확대되는 테이퍼 형상을 갖는다. 이 하단부에 의해, 슬롯판(42)에 대하여 마이크로파를 효율적으로 전파하도록 되어 있다.
동축 도파관(50)에는 마이크로파를 소정의 진동 모드로 변환하는 모드 변환기(53), 직사각형 도파관(54), 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기(55)가 동축 도파관(50)측으로부터 마이크로파 발생기(55)를 향하여 이 순서로 접속되어 있다. 마이크로파 발생기(55)는, 소정 주파수, 예컨대 2.45 ㎓의 마이크로파를 발생시킨다.
이러한 구성에 의해, 마이크로파 발생기(55)에 의해 발생된 마이크로파는, 직사각형 도파관(54), 모드 변환기(53), 동축 도파관(50)을 순차 전파하여, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(40) 내에 공급되고, 지파판(43)에서 압축되어 단파장화되고, 슬롯판(42)에서 원편파를 발생시킨 후, 슬롯판(42)으로부터 유전체창(41)을 투과하여 처리 용기(10) 내에 방사된다.
처리 용기(10) 내에는 상측 샤워 플레이트(60)와 하측 샤워 플레이트(61)가 배치대(20)의 상부에 마련되어 있다. 이들 상측 샤워 플레이트(60)와 하측 샤워 플레이트(61)는 예컨대 석영관 등으로 이루어지는 중공의 관재로 구성되어 있다. 상측 샤워 플레이트(60)와 하측 샤워 플레이트(61)에는 배치대(20) 상의 웨이퍼(W)에 대하여 가스를 공급하는 복수의 개구부(도시하지 않음)가 분포하여 마련되어 있다.
상측 샤워 플레이트(60)에는, 처리 용기(10)의 외부에 배치된 플라즈마 생성 가스 공급원(62)이 배관(63)을 통해 접속되어 있다. 플라즈마 생성 가스 공급원(62)에는 플라즈마 생성용의 가스로서 예컨대 Ar 가스 등이 저류되어 있다. 이 플라즈마 생성 가스 공급원(62)으로부터 배관(63)을 통하여 상측 샤워 플레이트(60) 내에 플라즈마 생성 가스가 도입되어, 처리 용기(10) 내에 균일하게 분산된 상태로 플라즈마 생성 가스가 공급된다.
하측 샤워 플레이트(61)에는, 처리 용기(10)의 외부에 배치된 처리 가스 공급원(64)이 배관(65)을 통해 접속되어 있다. 처리 가스 공급원(64)에는 성막되는 막에 따른 처리 가스가 저류되어 있다. 예컨대 웨이퍼(W)의 표면에 SiN막을 성막하는 경우에는, 처리 가스로서 TSA(트리실릴아민), N2 가스, H2 가스 등이 저류되고, SiO2막을 성막하는 경우에는, TEOS 등이 저류된다. 이 처리 가스 공급원(64)으로부터 배관(65)을 통하여 하측 샤워 플레이트(61) 내에 처리 가스가 도입되어, 처리 용기(10) 내에 균일하게 분산된 상태로 처리 가스가 공급된다.
처리 용기(10)의 바닥면에는 처리 용기(10)의 내부의 분위기를 감압하는 감압 기구(70)가 마련되어 있다. 감압 기구(70)는 예컨대 진공 펌프를 구비한 배기부(71)가 배기관(72)을 통해 처리 용기(10)의 바닥면에 접속된 구성을 갖는다. 배기부(71)는 처리 용기(10) 내의 분위기를 배기하여, 소정의 진공도까지 감압할 수 있다.
다음에, 전술한 유전체창(41)과 지지부(45)의 구성의 상세에 대해서 설명한다.
이미 서술한 바와 같이, 유전체창(41)은 처리 용기(10)의 내측면으로부터 그 처리 용기의 중심 방향으로 돌출하여 마련된 지지부(45)의 상면에 지지되어 있다. 유전체창(41)의 바깥 둘레 가장자리부에는 예컨대 연직 하향으로 수직 하강하는 수직 하강부(80)가 형성되어 있다. 수직 하강부(80)의 하단에는 처리 용기(10)의 내방을 향하여 접어 꺾여서 돌출한 피지지부(81)가 형성되어 있다. 다시 말하면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 유전체창(41)의 바깥 둘레 가장자리부의 하면에는 그 유전체창(41)과의 사이에서 횡방향의 대략 U자형을 이루는 수직 하강부(80)와 피지지부(81)가 형성되어 있다. 유전체창(41)은 이 피지지부(81)의 하면이 지지부(45)의 상면, 즉 유전체창(41)의 둘레 가장자리부를 지지하는 지지면(82)과 접촉함으로써, 지지부(45)에 의해 지지된다.
지지부(45)에는 도 2에 나타내는 바와 같이, 지지면(82)의 상면으로부터 상방을 향하여 높이(H)로 돌출하는 돌기부(83)가 형성되어 있다. 돌기부(83)는 예컨대 유전체창(41)의 피지지부(81)에 있어서의 수직 하강부(80)측과 반대측의 선단부와 접하도록 설정되어 있다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 피지지부(81)는 그 상단면의 높이 방향의 위치가, 높이(H)의 돌기부(83)의 상단면보다 하방에 위치하도록, 두께(T)가 설정되어 있다.
또한, 지지면(82)과 연속하는 면이며 또한 유전체창(41)과 접하지 않는 비접촉면(84)과의 사이의, 유전체창(41)을 가로지르는 각도(θ)는, 180도 이하로 설정되어 있다. 다시 말하면 지지면과, 돌기부(83)에 있어서의 피지지부(81)측의 면과의 사이의 코너부(85)의 각도(θ)는, 180도 이하로 설정되어 있다. 또한, 도 2에서는, 각도(θ)가 대략 90도인 경우를 일례로 하여 묘화하고 있다.
여기서, 지지면(82)과 비접촉면(84) 사이의 코너부(85)의 각도(θ)의 설정에 대해서, 본 발명의 원리와 함께 설명한다. 본 발명자들은 코너부(85)의 각도(θ)를 변화시킨 경우에, 유전체창(41)과 지지부(45) 및 처리 공간(P)의 계면 근방에 있어서의 전계 강도 분포의 변화를 조사하기 위한 시뮬레이션을 행하였다. 또한, 각도(θ)가 180도보다 큰 경우는, 예컨대 도 3에 나타내는 바와 같은, 종래의 지지부(100)나 유전체창(101)을 이용하여 시뮬레이션을 행하였다. 즉, 각도(θ)가 180도보다 큰 경우, 유전체창(101)의 바깥 둘레 가장자리부는, 처리 용기(10)의 내측면으로부터 그 처리 용기(10)의 중심 방향으로 돌출하는 지지부(100)의 상면[도 3의 지지면(110)]의 전체면이 지지되고, 돌기부(83)는 형성되지 않는다. 그리고, 시뮬레이션에서는, 이러한 구조에 있어서, 지지부(100)의 지지면(110)과, 지지면(110)과 연속하는 면이며 또한 유전체창(41)과 접하지 않는 비접촉면(111)과의 사이의 코너부(112)의 처리 공간(P)측의 각도(θ)를 변화시켜, 전계 강도 분포가 어떻게 변화하는지를 검증하였다. 또한, 예컨대 각도(θ)가 대략 180도인 경우는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 지지부(100)와 유전체창(101) 및 처리 공간(P)과의 경계(Q)보다, 지지부(100)를 더욱 처리 용기(10)의 중심을 향하게 하여 돌출시키도록 하여도 좋다. 또한, 도 4에 있어서는, 코너부(112)와 경계(Q)의 위치가 동일해진다.
도 5, 도 6, 도 7에 시뮬레이션의 결과를 나타낸다. 도 5의 횡축은 각도(θ), 종축은 각도(θ)가 270도인 경우의 전계 강도를 「1」이라고 한 경우에, 각 각도(θ)에 있어서의 코너부(85, 112) 근방의 전계 강도를 나타내고 있다. 도 5를 참조하면, 각도(θ)가 작아질수록 코너부(85, 112) 근방에서의 전계 강도가 저하하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 각도(θ)가 대략 180도에 도달할 때까지는 급격히 전계 강도가 저하하는 것을 확인할 수 있고, 각도(θ)가 180도일 때는 270도일 때의 약 10분의 1 정도까지 저하한다.
그리고, 본 발명자들에 의하면, 코너부(112) 근방의 전계 강도가 코너부(112)의 각도(θ)가 270도일 때의 약 10분의 1 정도까지 저하하면, 그 코너부(112) 근방에 있어서의 이상 방전 그 자체의 발생을 방지할 수 있는 것이 확인되었다.
도 6, 도 7은 각각 각도(θ)가 270도인 경우와 90도인 경우, 구체적으로는, 도 6은 도 3에 나타내는 구성인 경우, 도 7은 도 2에 나타내는 구성인 경우에 있어서의, 코너부(112, 85) 근방의 전계 강도 분포를 표시하고 있다. 코너부(112)의 각도(θ)가 270도인 도 6의 경우에 있어서는, 코너부(112)의 근방에서의 전계 강도가 높아진 것을 확인할 수 있다. 한편, 코너부(85)의 각도(θ)를 90도로 한 도 7에서는, 코너부(85)의 근방의 전계 강도가 저하하며, 또한 전계 강도의 저하 정도는 코너부(85)에 근접할수록 큰 것을 확인할 수 있다. 그 때문에 도 7에서는, 코너부(85)에 가장 가까운, 유전체창(41)의 피지지부(81)의 선단 부분에서 현저한 전계 강도의 저하를 확인할 수 있다. 또한, 본 발명자들에 의하면, 전계 강도의 저하 정도가 코너부(85)와의 거리에 의존한다고 하는 사상은, 도 7과 같이 코너부(85)의 각도(θ)가 90도인 경우에 한정되지 않고, 코너부(85)의 각도가 180도 이하라면 임의의 각도에서 생기는 것이 확인되었다. 이 도 5, 도 6, 도 7의 결과로부터, 코너부(112, 85)의 각도(θ)를 작게 할수록 코너부 근방의 전계 강도가 저하하며, 그 각도(θ)는 180도 이하로 하는 것이 적절한 것이 발견되었다. 본 발명은 이러한 지견에 기초하는 것이다.
다음에, 이상과 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(1)에서 행해지는 웨이퍼(W)의 플라즈마 처리에 대해서 설명한다.
먼저, 처리 용기(10) 내에 반입된 웨이퍼(W)는 승강 핀(31)에 의해 배치대(20) 상에 배치된다. 이때, 직류 전원(22)을 온으로 하여 배치대(20)의 전극(21)에 직류 전압을 인가하고, 배치대(20)에 의해 웨이퍼(W)를 흡착 유지한다.
그 후, 처리 용기(10) 내부를 밀폐한 후, 감압 기구(70)에 의해, 처리 용기(10) 내의 분위기를 소정의 압력, 예컨대 400 mTorr(=53 ㎩)로 감압한다. 또한, 상측 샤워 플레이트(60)로부터 처리 용기(10) 내에 플라즈마 생성 가스를 공급하며, 하측 샤워 플레이트(61)로부터 처리 용기(10) 내에 플라즈마 성막용의 처리 가스를 공급한다.
이와 같이 처리 용기(10) 내에 플라즈마 생성 가스와 처리 가스가 공급될 때, 마이크로파 발생기(55)를 작동시키고, 그 마이크로파 발생기(55)에서는, 예컨대 2.45 ㎓의 주파수로 소정의 파워의 마이크로파를 발생시킨다. 그리고, 유전체창(41)의 하면에 전계가 발생하여, 플라즈마 생성 가스가 플라즈마화되며, 또한 처리 가스가 플라즈마화되고, 그때에 발생한 활성종에 의해, 웨이퍼(W) 상에 성막 처리가 이루어진다. 이렇게 하여, 웨이퍼(W)의 표면에 소정의 막이 형성된다. 이때, 코너부(85)의 각도가 180도 이하로 설정되어 있기 때문에, 유전체창(41) 근방에서의 이상 방전을 방지하여, 양호한 플라즈마 처리를 행할 수 있다.
그 후, 소정의 막이 성장하고, 웨이퍼(W)에 소정 막 두께의 막이 형성되면, 플라즈마 생성 가스 및 처리 가스의 공급과, 마이크로파의 조사가 정지된다. 그 후, 웨이퍼(W)는 처리 용기(10)로부터 반출되어, 일련의 플라즈마 성막 처리가 종료한다.
이상의 실시형태에 따르면, 지지부(45)의 지지면(82)과 비접촉면(84) 사이의 코너부(85)의, 유전체창(41)을 가로지르는 각도(θ)가 180도 이하이기 때문에, 유전체창(41)과 지지부(45) 및 처리 공간(P)의 계면 근방에 있어서의 전계 강도를 낮게 억제할 수 있다. 따라서, 이 계면 근방에서의 이상 방전을 방지할 수 있다.
이상의 실시형태에서는, 돌기부(83)는 유전체창(41)의 피지지부(81)의 선단과 접하도록 설정되어 있지만, 돌기부(83)와 피지지부(81)는 반드시 접하고 있을 필요는 없고, 예컨대 도 8에 나타내는 바와 같이, 돌기부(83)와 피지지부(81) 사이에 소정 간격의 간극(G)이 형성되어 있어도 좋다. 전술한 도 7에 나타내는 시뮬레이션 결과와 같이, 각도(θ)를 180도 이하로 함으로써, 코너부(85)에 근접할수록 전계 강도가 저하한다. 그 때문에, 유전체창(41), 지지부(45) 및 처리 공간(P)의 계면 근방에서의 이상 방전을 방지한다고 하는 관점에서는, 코너부(85) 근방의, 이상 방전을 방지할 수 있는 정도로 전계 강도가 저하한 영역 내에, 피지지부(81)에 있어서의 수직 하강부(80)측과 반대측의 선단부가 위치하는 것이 좋다. 또한, 코너부(85) 근방의 전계 강도 분포는, 처리 용기(10)에 공급하는 마이크로파의 강도나 처리 용기(10) 내의 압력이라고 하는 여러 가지 조건에 따라 변화하기 때문에, 간극(G)을 형성하는 경우, 간극(G)의 간격은 이들 여러 가지 조건에 기초하여 적절하게 결정된다. 또한, 간극(G)의 간격이 과대해져, 피지지부(81)의 선단이 전계 강도가 저하하는 영역의 외부에 위치하게 되어도, 지지부(45)에 있어서의 접촉면(82)과, 경계(Q)를 사이에 둔 비접촉면(84)과의 사이의 각도가 예컨대 180도이면, 도 4에 나타내는 경우와 동일한 상태가 되기 때문에, 여전히 각도(θ)를 180도로 한 경우와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 이상 방전을 보다 확실하게 방지하기 위해, 예컨대 도 8에 나타내는 바와 같이, 지지부(45)의 돌기부(83)의 선단 부분이나 유전체창(41)의 피지지부(81)의 선단 부분을 곡면형으로 형성하여도 좋다.
또한, 이상의 실시형태에서는, 예컨대 피지지부(81)의 상단면이 높이(H)의 돌기부(83)의 상단부보다 하방에 위치하도록 피지지부(81)의 두께(T)가 설정되어 있지만, 이러한 피지지부(81)의 두께(T)의 설정은, 전술한 시뮬레이션 결과로부터 얻어진, 전계 강도의 저하 정도가 코너부(85)와의 거리에 의존한다고 하는 지견에 기초하는 것이다. 즉, 피지지부(81)의 상단면이 돌기부(83)의 상단부보다 상방에 위치하여 코너부(85)와의 거리가 커져, 피지지부(81)의 특히 선단부가 전계 강도가 저하하는 영역의 외부에 위치하는 상태가 되면, 그 선단부에서 이상 방전이 발생해 버릴 가능성이 있지만, 피지지부(81)의 두께(T)를 작게 하여 상단면의 높이를 낮게 억제함으로써, 그와 같은 이상 방전을 방지할 수 있다.
또한, 돌기부(83)의 높이(H)의 설정에 있어서는, 유전체창(41)의 하면과의 사이에 소정의 간격을 확보하도록 하는 것이 바람직하다. 예컨대 본 실시형태와 같이 마이크로파의 주파수가 2.45 ㎓인 경우, 플라즈마의 전자밀도는 약 7.5×1010/㎤라고 하는 고밀도이며, 이 고전자밀도의 플라즈마는 마이크로파를 차폐하는 효과를 갖는다. 따라서, 지지부(45)와 유전체창(80)으로 둘러싸인 공간 내에, 마이크로파의 차폐에 충분할 정도의 플라즈마가 존재할 수 있도록, 돌기부(83)의 상단부와 유전체창(41)의 하면과의 사이에 소정의 간극을 확보함으로써, 마이크로파의 진입을 억제하여 결과적으로 지지부(45)와 유전체창(80)으로 둘러싸인 공간 내의 전계 강도를 저하시킬 수 있다.
이상의 실시형태에서는, 본 발명을 성막 처리를 행하는 플라즈마 처리에 적용하였지만, 본 발명은 성막 처리 이외의 기판 처리, 예컨대 에칭 처리나 스퍼터링을 행하는 플라즈마 처리에도 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 플라즈마 처리로 처리되는 기판은, 반도체 웨이퍼, 유기 EL 기판, FPD(플랫 패널 디스플레이)용의 기판 등 중 어느 것이어도 좋다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 청구범위에 기재된 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 분명하고, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 양해된다.
1: 플라즈마 처리 장치 10: 처리 용기
40: 레이디얼 라인 슬롯 안테나 41: 유전체창
42: 슬롯판 45: 지지부
80: 수직 하강부 81: 피지지부
82: 지지면 83: 돌기부
84: 비접촉면 85: 코너부
P: 처리 공간 Q: 경계
W: 웨이퍼

Claims (4)

  1. 안테나 부재를 통해 처리 용기 내에 도입된 마이크로파에 의해 상기 처리 용기의 처리 공간 내에 플라즈마를 생성하여, 피처리체에 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 처리 용기의 상부의 개구부를 밀봉하도록 마련되며, 상기 처리 용기 내에 마이크로파를 투과시키는 유전체창과,
    상기 처리 용기 내에서 상기 유전체창의 둘레 가장자리부를 지지하는 지지부
    를 가지고,
    상기 지지부는, 상기 유전체창의 둘레 가장자리부를 지지하는 지지면과, 상기 지지면과 연속하는 면이며 또한 상기 유전체창과 접하지 않는 비접촉면과의 사이의, 상기 유전체창을 가로지르는 각도가 180도 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지면은 상기 처리 용기의 내방을 향하여 돌출하여 마련되고,
    상기 지지면의 상면에는, 상방을 향하여 돌출하는 돌기부가 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유전체창의 바깥 둘레 가장자리부에는 수직 하강부가 형성되고,
    상기 유전체창은, 상기 수직 하강부가 상기 지지면과 접촉함으로써 상기 지지부에 지지되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 유전체창의 바깥 둘레 가장자리부에는 수직 하강부가 형성되고,
    상기 수직 하강부의 하단에는, 상기 처리 용기의 내방을 향하여 접어 꺾여서 돌출한 피지지부가 형성되며,
    상기 유전체창은, 상기 피지지부가 상기 지지면과 접촉함으로써 상기 지지부에 지지되고,
    상기 피지지부의 상단면은 상기 돌기부의 상단면보다 낮은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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