KR102591952B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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슈이치 다카하시
다카하루 미야다테
노리나오 다카스
에츠지 이토
아키히로 요코타
나오히코 오쿠니시
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 플라즈마 밀도의 분포를 균일화하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
[해결 수단] 일실시 형태의 플라즈마 처리 장치는, 챔버 본체의 내부 공간 내에 하부 전극을 포함한 스테이지를 갖는다. 스테이지의 위쪽에는, 상부 전극이 마련되어 있다. 상부 전극에는, 급전 도체를 통해서 제 1 고주파 전원이 전기적으로 접속되어 있다. 하부 전극에는, 제 2 고주파 전원이 전기적으로 접속되어 있다. 챔버 본체의 위쪽에는, 상부 전극을 덮도록, 접지 도체가 마련되어 있다. 급전 도체는 접지 도체에 의해 둘러싸인 공간을 지나 위쪽으로 연장하고 있다. 접지 도체는 그 상단에 대해서 내부 공간의 측에 외부 공간을 제공하고 있다. 외부 공간은 상부 전극에 대해서 위쪽으로 떨어져 있고, 상부 전극에 대해서 접지 도체에 의해 차폐되어 있다. 이 외부 공간 내에 전자석이 배치되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시의 실시 형태는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
전자 디바이스의 제조에 있어서는, 피가공물에 대한 처리를 위해서 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치의 일종으로서, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다. 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치는 챔버 본체, 스테이지, 상부 전극, 제 1 고주파 전원, 및 제 2 고주파 전원을 구비한다.
챔버 본체는 내부 공간을 제공하고 있으며, 접지되어 있다. 스테이지는 챔버 본체의 내부 공간 내에 마련되어 있다. 스테이지는 그 위에 탑재되는 피가공물을 지지하도록 구성되어 있다. 피가공물은 그 중심이 챔버 본체의 중심축선 상에 위치하도록, 스테이지 상에 탑재된다. 스테이지는 하부 전극을 포함하고 있다. 상부 전극은 스테이지의 위쪽에 마련되어 있다. 제 1 고주파 전원은 주로 플라즈마의 생성을 위한 제 1 고주파를 발생한다. 제 1 고주파 전원은 하부 전극 또는 상부 전극에 전기적으로 접속된다. 제 2 고주파 전원은 주로 피가공물에 이온을 인입하기 위한 제 2 고주파를 발생한다. 제 2 고주파의 주파수는 제 1 고주파의 주파수보다 낮다. 제 2 고주파 전원은 하부 전극에 전기적으로 접속되어 있다.
제 1 고주파 전원이 상부 전극에 접속되어 있는 경우에는, 접지 도체가 상부 전극을 덮도록 마련된다. 접지 도체는 통 형상을 가지고 있으며, 해당 접지 도체에 의해 둘러싸인 공간을 상부 전극의 위쪽에 제공한다. 상부 전극과 제 1 고주파 전원은 급전 도체를 통해서 접속되어 있다. 급전 도체는 상부 전극으로부터, 접지 도체에 의해 둘러싸인 공간을 지나, 접지 도체에 대해서 외측까지 연장하고, 제 1 고주파 전원에 접속되어 있다. 이러한 플라즈마 처리 장치는 특허문헌 1에 기재되어 있다.
일본 공개 특허 공보 제 2006-270017호
그런데, 상술의 플라즈마 처리 장치의 내부 공간 내에서는, 피가공물의 중심 위에서는 높은 전계 강도를 가지며, 피가공물의 에지측 위에서는 낮은 전계 강도를 갖는 전계 강도의 분포가 형성된다. 즉, 내부 공간 내에서는, 방사 방향에 있어서의 중심축선으로부터의 거리의 증가에 따라서 전계 강도가 감소하는 불균일의 전계 강도의 분포가 형성된다. 이 경향은 제 2 고주파의 주파수가 높은 경우에 현저하다. 이러한 전계 강도의 분포 하에서는, 플라즈마 밀도는 중심축선의 근방에서 높고, 중심축선으로부터 멀어진 개소에서 낮아진다. 즉, 중심축선에 대해서 방사 방향에 대해 불균일의 플라즈마 밀도의 분포가 형성된다.
상술의 전계 강도의 분포 하에서 균일한 플라즈마 밀도의 분포를 형성하기 위해서는, 중심축선의 근방에서는 작은 수평 성분을 가지며, 중심축선으로부터 멀어진 위치에서 큰 수평 성분을 갖는 자기장의 분포를 챔버 본체의 내부 공간 내에 형성하는 것이 고려된다. 이러한 자기장의 분포는 전자석을 상부 전극 위에 배치함으로써 형성될 수 있다. 그러나, 전자석을 접지 도체에 의해 둘러싸인 공간 내에 배치하면, 제 1 고주파가 전자석 및/또는 전자석과 전원을 접속하는 배선에 유입된다. 그 결과, 챔버 본체의 내부 공간 내에서의 전계 강도가 국소적으로 변동한다. 따라서, 접지 도체에 대해서 외측에 배치된 전자석에 의해, 플라즈마 밀도의 분포를 균일화하는 것이 필요하다.
일 형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는 챔버 본체, 가스 공급부, 스테이지, 상부 전극, 급전 도체, 제 1 고주파 전원, 제 2 고주파 전원, 전자석, 및 접지 도체를 구비한다. 가스 공급부는 챔버 본체에 의해 제공된 내부 공간에 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 스테이지는 하부 전극을 포함하고, 피가공물의 탑재 영역을 제공하고, 내부 공간 내에 마련되어 있다. 탑재 영역의 중심은 챔버 본체의 중심축선 상에 위치한다. 상부 전극은 챔버 본체의 내부 공간을 거쳐서 스테이지의 위쪽에 마련되어 있다. 급전 도체는 상부 전극에 접속되어 있고 상부 전극으로부터 위쪽으로 연장하고 있다. 제 1 고주파 전원은 제 1 고주파를 발생하도록 구성되어 있다. 제 1 고주파 전원은 급전 도체를 통해서 상부 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 제 2 고주파 전원은 제 1 고주파의 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 제 2 고주파를 발생하도록 구성되어 있다. 제 2 고주파 전원은 하부 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 전자석은 상부 전극의 위쪽에 배치되어 있다. 전자석은 중심축선 상에서의 수평 성분보다 큰 수평 성분을, 당해 중심축선으로부터 멀어진 위치에서 갖는 자기장의 분포를 형성하도록 구성되어 있다. 접지 도체는 접지되어 있고, 챔버 본체의 위쪽에서 상부 전극을 덮도록 연장하고 있다. 접지 도체는 제 1 부분, 제 2 부분, 및 제 3 부분을 갖는다. 제 1 부분은 통 형상을 이루고 있고, 챔버 본체로부터 위쪽으로 연장하고 있다. 제 2 부분은 상부 전극으로부터 위쪽으로 이간되고, 또한 제 1 부분으로부터 중심축선을 향해 연장하고 있다. 제 2 부분은 제 1 부분과 함께 상부 전극 상에 제 1 공간을 제공한다. 제 3 부분은 통 형상을 이루고 있고, 제 1 부분보다 중심축선의 근처에 마련되어 있고, 제 2 부분으로부터 위쪽으로 연장하고 있다. 제 3 부분은 그 내부에 제 1 공간에 연속하는 제 2 공간을 제공한다. 급전 도체는 제 1 공간 및 제 2 공간을 지나 위쪽으로 연장하고 있다. 전자석은 외부 공간 내에 배치되어 있다. 외부 공간은 제 3 부분의 외측, 제 2 부분 상, 또한 내부 공간의 위쪽에 접지 도체에 의해 제공되어 있다.
일 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에서는, 제 1 공간이 상부 전극 위에 제공되어 있으므로, 접지 도체와 상부 전극의 사이에 거리가 확보되고, 접지 도체와 상부 전극의 사이의 용량적 결합이 억제된다. 또, 제 1 공간을 형성하는 접지 도체의 제 2 부분 위, 또한 제 3 부분의 외측에, 접지 도체에 의해 외부 공간이 제공되고 있다. 즉, 외부 공간은 접지 도체의 상단에 대해서 위쪽에 있는 공간보다, 내부 공간의 근처에 있고, 또한, 내부 공간의 위쪽에 있다. 이 외부 공간은 상부 전극 및 급전 도체에 대해서 접지 도체에 의해 차폐되어 있다. 이 외부 공간 내에 전자석이 배치되어 있으므로, 전자석과 내부 공간의 사이의 거리는 비교적 짧다. 또, 이 전자석은 중심축선의 근방에서는 낮은 수평 성분을 가지며, 중심축선으로부터 멀어진 위치에서 큰 수평 성분을 갖는 자기장의 분포를 형성한다. 따라서, 접지 도체에 대해서 외측에 배치된 전자석에 의해, 균일한 플라즈마 밀도의 분포를 얻는데 적합한 자기장의 분포가 효율적으로 내부 공간 내에 형성될 수 있다.
일실시 형태에 있어서, 접지 도체는 제 4 부분, 제 5 부분, 및 제 6 부분을 더 갖는다. 제 4 부분은 제 2 부분의 위쪽에서, 중심축선에 대해서 방사 방향으로 제 3 부분으로부터 연장하고 있다. 제 5 부분은 통 형상을 이루고 있고, 제 3 부분보다 중심축선으로부터 떨어져 있고, 제 4 부분으로부터 위쪽으로 연장하고 있다. 제 6 부분은 제 4 부분의 위쪽에서, 제 5 부분으로부터 중심축선을 향해 연장하고 있다. 급전 도체는 또한 제 2 공간에 연속하는 제 3 공간을 지나, 위쪽으로 연장하고 있다. 제 3 공간은 제 4 부분, 제 5 부분, 및 제 6 부분에 의해 둘러싸인 공간이다.
일실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는 제 1 관을 더 구비한다. 제 1 관은 상부 전극으로부터 제 1 공간 및 제 2 공간을 지나 위쪽으로 연장하고, 제 3 공간을 지나, 접지 도체에 대해서 측방 또한 외측까지 연장하고 있다. 제 1 관은 상부 전극에 냉매를 공급하기 위한 관이다. 이 실시 형태에 따르면, 제 3 공간 내에서는, 제 1 관이 접지 도체의 제 4 부분에 의해 상부 전극으로부터 실질적으로 차폐된다.
일실시 형태에 있어서, 상부 전극은 가스 공급부로부터의 가스를 내부 공간에 토출하는 샤워 헤드를 구성하고 있다. 플라즈마 처리 장치는 제 2 관을 더 구비한다. 제 2 관은 상부 전극으로부터 제 1 공간 및 제 2 공간을 지나 위쪽으로 연장하고, 제 3 공간을 지나, 접지 도체에 대해서 측방 또한 외측까지 연장하고 있다. 제 2 관은 샤워 헤드에 가스 공급부로부터의 가스를 공급하기 위한 관이다. 이 실시 형태에 따르면, 제 3 공간 내에서는, 제 2 관이 접지 도체의 제 4 부분에 의해 상부 전극으로부터 실질적으로 차폐된다.
일실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는 직류 전원 및 배선을 구비한다. 직류 전원은 상부 전극에 인가되는 부(-)극성의 직류 전압을 발생하도록 구성되어 있다. 배선은 직류 전원과 상부 전극을 서로 접속한다. 배선은 상부 전극으로부터 제 1 공간 및 제 2 공간을 지나 위쪽으로 연장하고, 제 3 공간을 지나, 접지 도체에 대해서 측방 또한 외측까지 연장하고 있다. 이 실시 형태에 따르면, 제 3 공간 내에서는, 배선이 접지 도체의 제 4 부분에 의해 상부 전극으로부터 실질적으로 차폐된다.
일실시 형태에 있어서, 전자석은 중심축선의 주위로 감겨진 코일을 갖는다. 일실시 형태에 있어서, 코일의 내경과 외경의 평균치는 중심축선과 피가공물의 에지의 사이의 거리 이상이다.
일실시 형태에 있어서, 제 2 고주파의 주파수는 13.56 MHz보다 크다. 일실시 형태에 있어서, 제 2 고주파의 주파수는 40 MHz 이상이다. 일실시 형태에 있어서, 제 2 고주파의 주파수는 60 MHz 이상이다.
이상 설명한 바와 같이, 접지 도체에 대해서 외측에 배치된 전자석에 의해, 플라즈마 밀도의 분포를 균일화하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
도 1은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 챔버 본체의 내부 공간 내에서의 전계 강도의 분포의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치의 접지 도체의 내부의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치에 의해 형성 가능한 자기장의 분포의 계산 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치의 내부 공간 내에서의 이온 플럭스(flux)의 분포의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 도 6에 나타내는 방법의 일실시 형태를 적용 가능한 일례의 피가공물의 일부 확대 단면도이다.
도 8은 도 7에 나타내는 상태로부터 처리된 피가공물의 일부 확대 단면도이다.
도 9(a)은 도 6에 나타내는 방법의 일실시 형태에 있어서의 공정 ST1의 실행 후의 상태의 피가공물의 일부 확대 단면도이며, 도 9(b)는 도 6에 나타내는 방법의 일실시 형태에 있어서의 공정 ST2의 실행 후의 상태의 피가공물의 일부 확대 단면도이다.
도 10은 도 6에 나타내는 방법의 일실시 형태가 적용된 후의 피가공물의 일부 확대 단면도이다.
이하, 도면을 참조해서 여러 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여한다.
도 1은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서는, 일실시 형태의 플라즈마 처리 장치가 수직 방향으로 연장나는 면에 있어서 부분적으로 파단된 상태를 나타내고 있다. 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)는 챔버 본체(12)를 구비하고 있다. 챔버 본체(12)는 통 형상을 가지고 있고, 측벽(12a) 및 바닥부(12b)를 포함하고 있다. 챔버 본체(12)는 내부 공간(12s)을 제공하고 있다. 도 1에 나타내는 중심축선(AX)은 챔버 본체(12) 및 내부 공간(12s)의 중심축선이다. 챔버 본체(12)는 예를 들면 알루미늄의 금속으로 형성되어 있다. 챔버 본체(12)의 내벽면에는, 내플라즈마성을 갖는 막이 형성되어 있다. 이 막은 알루마이트막, 산화 이트륨제의 막으로 불리는 세라믹제의 막일 수 있다. 챔버 본체(12)는 접지되어 있다.
측벽(12a)에는, 통로(12p)가 형성되어 있다. 피가공물(W)은 내부 공간(12s)과 챔버 본체(12)의 외부의 사이에서 반송될 때, 통로(12p)를 통과한다. 피가공물(W)은 웨이퍼와 같이 원반 형상을 가질 수 있다. 통로(12p)는 게이트 밸브(12g)에 의해 개폐 가능해진다. 게이트 밸브(12g)는 측벽(12a)을 따라서 마련되어 있다.
내부 공간(12s) 내에는, 스테이지(14)가 마련되어 있다. 스테이지(14)는 지지체(15)에 의해 지지되어 있다. 지지체(15)는 원통 형상을 갖고 있고, 챔버 본체(12)의 바닥부(12b)로부터 위쪽으로 연장하고 있다. 지지체(15)는 절연성을 가지고 있고, 예를 들면 세라믹으로 형성되어 있다.
스테이지(14)는 피가공물(W)를 지지하도록 구성되어 있다. 스테이지(14)는 챔버 본체(12)와 중심축선(AX)을 공유하고 있다. 스테이지(14)는 탑재 영역(14r)을 제공하고 있다. 이 탑재 영역(14r)의 중심은 중심축선(AX) 상에 위치한다. 피가공물(W)은 그 중심이 중심축선(AX) 상에 위치하도록, 탑재 영역(14r) 상에 탑재된다.
스테이지(14)는 전극 플레이트(16), 하부 전극(18) 및 정전 척(20)을 포함하고 있다. 전극 플레이트(16)는 대략 원반 형상을 가지고 있다. 전극 플레이트(16)는 도전성을 가지고 있다. 전극 플레이트(16)는 알루미늄의 금속으로 형성되어 있다. 하부 전극(18)은 원반 형상을 가지고 있다. 하부 전극(18)은 도전성을 가지고 있다. 하부 전극(18)은 알루미늄의 금속으로 형성되어 있다. 하부 전극(18)은 전극 플레이트(16) 상에 탑재되어 있다. 하부 전극(18)은 전극 플레이트(16)에 전기적으로 접속되어 있다.
하부 전극(18) 내에는, 유로(18p)가 형성되어 있다. 유로(18p)는 하부 전극(18) 내에서, 예를 들면 소용돌이 형상으로 연장하고 있다. 유로(18p)에는, 열 교환 매체의 순환 장치(22)(예를 들면 칠러 유닛)로부터 열 교환 매체(예를 들면 냉매)가 공급된다. 순환 장치(22)는 챔버 본체(12)의 외부에 마련되어 있다. 유로(18p)에 공급된 열 교환 매체는 순환 장치(22)에 리턴된다. 열 교환 매체와 하부 전극(18)의 열 교환에 의해, 스테이지(14) 상에 탑재된 피가공물(W)의 온도가 제어된다.
정전 척(20)은 하부 전극(18) 상에 마련되어 있다. 정전 척(20)은 대략 원반 형상을 가지고 있다. 정전 척(20)은 세라믹제의 본체 내에, 막 형상의 전극을 가지고 있다. 정전 척(20)의 전극에는, 스위치를 통해서 직류 전원(24)이 접속되어 있다. 정전 척(20)은 상술의 탑재 영역(14r)을 제공하고 있다. 피가공물(W)이 정전 척(20) 상(탑재 영역(14r) 상)에 탑재되어 있는 상태에서, 직류 전원(24)으로부터의 직류 전압이 정전 척(20)의 전극에 인가되면, 피가공물(W)과 정전 척(20)의 사이에 정전 인력이 발생한다. 발생한 정전 인력에 의해, 피가공물(W)은 정전 척(20)으로 끌어당겨지고, 정전 척(20)에 의해 유지된다. 플라즈마 처리 장치(10)에는, 정전 척(20)과 피가공물(W)의 하면의 사이에 전열 가스(예를 들면 He 가스)를 공급하는 전열 가스 공급 라인이 마련되어 있어도 좋다.
정전 척(20)의 내부에는, 1 이상의 히터(예를 들면 1 이상의 저항 가열 소자)가 마련되어 있어도 좋다. 1 이상의 히터에 히터 컨트롤러로부터의 전력이 공급됨으로써, 해당 1 이상의 히터가 발열하고, 정전 척(20)의 온도, 나아가서는 피가공물(W)의 온도가 조정된다.
챔버 본체(12)의 내부 공간(12s) 내에서는, 포커스 링(FR)이 정전 척(20) 및 피가공물(W)의 에지를 둘러싸도록 배치된다. 포커스 링(FR)은 환상의 판이며, 실리콘, 석영 등의 실리콘 함유 재료로 형성되어 있다. 포커스 링(FR)은 플라즈마 처리의 균일성을 얻기 위해서 이용된다.
지지체(15)의 주위에는, 통 형상의 도체(26)가 마련되어 있다. 도체(26)는 접지되어 있다. 도체(26)의 위쪽에는, 스테이지(14)를 둘러싸도록 통 형상의 절연체(28)가 마련되어 있다. 절연체(28)는 석영 등의 세라믹으로 형성되어 있다. 스테이지(14)와 챔버 본체(12)의 측벽(12a)의 사이에는, 배기로가 형성되어 있다. 배기로에는, 배플 플레이트(30)가 마련되어 있다. 배플 플레이트(30)는 환상의 판이다. 배플 플레이트(30)에는, 해당 배플 플레이트(30)를 그 판 두께 방향으로 관통하는 다수의 구멍이 형성되어 있다. 배플 플레이트(30)는 알루미늄 등의 금속으로 형성된 모재(母材)의 표면에, 산화 이트륨 등의 내플라즈마성의 피막을 형성함으로써 구성되어 있다.
배플 플레이트(30)의 아래쪽에서는, 배기관(32)이 챔버 본체(12)의 바닥부(12b)에 접속되어 있다. 배기관(32)은 배기로에 연통 가능하다. 배기관(32)에는, 배기 장치(34)가 접속되어 있다. 배기 장치(34)는 자동 압력 제어 밸브 및 터보 분자 펌프의 감압 펌프를 포함하고 있다. 배기 장치(34)가 작동됨으로써, 내부 공간(12s)의 압력이 지정된 압력으로 설정된다.
스테이지(14)의 위쪽에는, 상부 전극(36)이 마련되어 있다. 상부 전극(36)과 스테이지(14)의 사이에는, 내부 공간(12s)의 일부가 개재하고 있다. 상부 전극(36)은 챔버 본체(12)의 상부 개구를 닫도록 마련되어 있다. 상부 전극(36)과 챔버 본체(12)의 상단부의 사이에는 부재(37)가 개재하고 있다. 부재(37)는 절연성 재료로 형성되어 있다. 부재(37)는 세라믹, 예를 들면 석영으로 형성될 수 있다. 또한, 일실시 형태에서는, 상부 전극(36)과 챔버 본체(12)의 상단부의 사이에는, 부재(37) 및 후술하는 접지 도체의 일부가 개재할 수 있다.
일실시 형태에 있어서, 상부 전극(36)은 샤워 헤드를 구성하고 있다. 상부 전극(36)은 일실시 형태에서는, 천정판(38) 및 지지체(40)를 포함하고 있다. 천정판(38)은 예를 들면 실리콘으로 형성되어 있다. 혹은, 천정판(38)은 알루미늄으로 형성된 모재의 표면에, 산화 이트륨 등의 세라믹으로 형성된 피복을 마련함으로써 구성된다. 천정판(38)에는, 해당 천정판(38)을 그 판 두께 방향으로 관통하는 복수의 가스 토출구(38h)가 형성되어 있다.
지지체(40)는 천정판(38) 상에 마련되어 있다. 지지체(40)는 천정판(38)을 자유롭게 착탈가능하게 지지하도록 구성되어 있다. 지지체(40)는 알루미늄 등의 도전성 재료로 형성되어 있다. 지지체(40)의 내부에는, 가스 확산실(40d)이 형성되어 있다. 지지체(40)에는, 가스 확산실(40d)로부터 아래쪽으로 연장하는 복수의 구멍(40h)이 형성되어 있다. 복수의 구멍(40h)은 각각, 복수의 가스 토출구(38h)에 연통하고 있다.
가스 확산실(40d)에는, 가스 공급부(41)가 접속되어 있다. 가스 공급부(41)는 내부 공간(12s)에 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 일실시 형태에서는, 가스 공급부(41)는 제 1 가스 및 제 2 가스를 출력 가능하게 구성되어 있다. 제 1 가스 및 제 2 가스에 대해서는 후술한다. 또, 가스 공급부(41)는 1 이상의 유량 제어기 및 1 이상의 밸브를 가지며, 출력해야 할 1 이상의 가스의 유량을 개별적으로 조정하도록 구성되어 있다. 가스 공급부(41)로부터 출력된 가스는 가스 확산실(40d) 및 복수의 구멍(40h)을 통해서, 복수의 가스 토출구(38h)로부터 내부 공간(12s)에 토출된다.
지지체(40)에는, 유로(40p)가 형성되어 있다. 유로(40p)에는, 칠러 유닛(42)이 접속되어 있다. 유로(40p)와 칠러 유닛(42)의 사이에서는, 냉각수의 냉매가 순환된다. 칠러 유닛(42)으로부터 유로(40p)에 공급되는 냉매와 상부 전극(36)의 사이의 열 교환에 의해, 상부 전극(36)의 온도가 조정된다.
플라즈마 처리 장치(10)는 제 1 고주파 전원(43) 및 제 2 고주파 전원(44)을 더 구비하고 있다. 제 1 고주파 전원(43) 및 제 2 고주파 전원(44)은 챔버 본체(12)의 외부에 마련되어 있다. 제 1 고주파 전원(43)은 주로 플라즈마의 생성을 위한 제 1 고주파를 발생하도록 구성되어 있다. 제 1 고주파는 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 100 MHz의 주파수를 가질 수 있다. 제 1 고주파 전원(43)은 정합기(45) 및 급전 도체(48)를 통해서, 상부 전극(36)에 전기적으로 접속되어 있다. 정합기(45)는 제 1 고주파 전원(43)의 출력 임피던스와 부하측(상부 전극(36)측)의 임피던스를 정합시키기 위한 정합 회로를 가지고 있다. 급전 도체(48)는 그 하단에서 상부 전극(36)에 접속되어 있다. 급전 도체(48)는 상부 전극(36)으로부터 위쪽으로 연장하고 있다. 급전 도체(48)는 통 형상 또는 봉 형상의 도체이며, 그 중심축선은 중심축선(AX)에 대략 일치하고 있다.
제 2 고주파 전원(44)은 주로 피가공물(W)에 이온을 인입하기 위한 제 2 고주파, 즉, 바이어스용의 고주파를 발생하도록 구성되어 있다. 제 2 고주파의 주파수는 제 1 고주파의 주파수보다 낮다. 일실시 형태에서는, 제 2 고주파의 주파수는 13.56 MH보다 높다. 일실시 형태에서는, 제 2 고주파의 주파수는 40 MHz 이상이어도 좋다. 일실시 형태에서는, 제 2 고주파의 주파수는 60 MHz 이상이어도 좋다. 제 2 고주파 전원(44)은 정합기(46)를 통해서, 하부 전극(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 정합기(46)는 제 2 고주파 전원(44)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(18)측)의 임피던스를 정합시키기 위한 정합 회로를 가지고 있다.
플라즈마 처리 장치(10)는 접지 도체(50)를 더 구비하고 있다. 접지 도체(50)는 도전성을 갖는다. 접지 도체(50)는 알루미늄의 금속으로 형성되어 있다. 접지 도체(50)는 접지되어 있다. 접지 도체(50)는 챔버 본체(12)의 위쪽에서 상부 전극(36)을 덮도록 연장하고 있다. 급전 도체(48)는 접지 도체(50)에 의해 둘러싸인 공간을 지나 접지 도체(50)의 외부까지 위쪽으로 연장하고, 접지 도체(50)의 외부에서 정합기(45)를 통해서 제 1 고주파 전원(43)에 접속되어 있다.
플라즈마 처리 장치(10)의 챔버 본체(12)의 내부 공간(12s) 내에서는, 피가공물(W)의 중심 상에서는 높은 전계 강도를 가지며, 피가공물(W)의 에지측 상에서는 낮은 전계 강도를 갖는 전계 강도의 분포가 형성된다. 즉, 내부 공간(12s) 내에서는, 방사 방향(즉, 직경 방향)에 있어서의 중심축선(AX)으로부터의 거리의 증가에 따라서 전계 강도가 감소하는 불균일의 전계 강도의 분포가 형성된다. 도 2는 챔버 본체의 내부 공간 내에서의 전계 강도의 분포의 계산 결과를 나타내는 그래프이다. 도 2에 있어서, 횡축은 중심축선(AX)으로부터 방사 방향에의 거리를 나타내고 있고, 세로축은 규격화된 전계 강도를 나타내고 있다. 도 2에 있어서는, 복수의 제 2 고주파의 주파수(f2) 각각을 이용한 경우의 규격화된 전계 강도의 분포가 나타나 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 방사 방향에 있어서의 전계 강도의 불균일성은 제 2 고주파의 주파수(f2)가 높아질수록 현저하다. 또한, 제 2 고주파의 주파수(f2)를 높은 주파수로 설정하면, 피가공물(W)에 조사되는 이온의 에너지는 작아진다.
상술의 불균일한 전계 강도의 분포 하에서는, 플라즈마 밀도는 중심축선의 근방에서 높고, 중심축선으로부터 멀어진 개소에서 낮아진다. 즉, 중심축선에 대해서 방사 방향에 있어서 불균일한 플라즈마 밀도의 분포가 형성된다. 플라즈마 처리 장치(10)는 상술한 불균일의 전계 강도의 분포가 형성되는 처리, 예를 들면 높은 주파수를 갖는 제 2 고주파가 이용되는 처리에 대해서도, 균일한 플라즈마 밀도의 분포를 얻기 위해서, 전자석(60)을 더 구비하고 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 전자석(60)은 상부 전극(36)의 위쪽에 배치되어 있다. 전자석(60)은 챔버 본체(12)의 내부 공간(12s) 내에서, 중심축선(AX)상에서의 수평 성분보다 큰 수평 성분을 중심축선(AX)으로부터 멀어진 위치에서 갖는 자기장의 분포를 형성한다. 즉, 전자석(60)은 중심축선(AX)으로부터 방사 방향으로의 거리의 증가에 따라서 그 크기가 증가하는 수평 성분을 갖는 자기장의 분포를 내부 공간(12s) 내에 형성한다. 큰 수평 성분의 자기장이 형성되어 있는 개소에서는, 전자의 체재 시간이 길어진다. 그 결과, 큰 수평 성분의 자기장이 형성되어 있는 개소에서는, 플라즈마의 밀도가 상승한다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 중심축선(AX)에 대해서 방사 방향에 있어서 균일한 플라즈마 밀도의 분포가 얻어진다. 이로써, 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 피가공물(W)에 대한 처리의 면내 균일성이 향상된다.
일실시 형태에서는, 전자석(60)은 요크(62) 및 코일(64)을 가지고 있다. 요크(62)는 자성 재료로 형성되어 있다. 요크(62)는 베이스부(62a) 및 복수의 통 형상부(62b)를 가지고 있다. 베이스부(62a)는 대략 원반 형상을 가지고 있고, 중심축선(AX)에 대해서 직교하는 방향으로 연장하고 있다. 복수의 통 형상부(62b)의 각각은 통 형상을 가지고 있고, 베이스부(62a)로부터 아래쪽으로 연장하고 있다. 복수의 통 형상부(62b)는 중심축선(AX)에 대해서 동축 형상으로 마련되어 있다. 코일(64)은 중심축선(AX)의 주위에서 감겨져 있다. 코일(64)은 직경 방향에 있어서 서로 인접하는 2개의 통 형상부(62b)의 사이에 마련되어 있다. 또한, 전자석(60)은 1 이상의 코일(64)을 가질 수 있다. 전자석(60)에 있어서의 코일(64)의 개수가 복수개인 경우에는, 복수개의 코일(64)은 중심축선(AX)에 대해서 동축 형상으로 마련된다.
전자석(60)의 코일(64)은 배선(68)을 통해서 전류원(66)에 접속되어 있다. 전류원(66)으로부터의 전류가 코일(64)에 제공되면, 전자석(60)에 의해 자기장이 형성된다. 전자석(60)에 의해 형성되는 자기장의 벡터의 각도가 45°인 개소에서는, 방사 방향(직경 방향)에 있어서의 전자의 가둠 효과(전자의 확산의 억제 효과)와 전자의 소멸의 억제 효과(전극으로의 전자의 도달을 억제하는 효과)가 양호하게 양립되므로, 해당 개소에서는 플라즈마의 밀도가 높아진다. 따라서, 피가공물(W)의 반경이 150mm인 경우에, 전자석(60)은 자기장의 벡터의 각도가 45°인 개소와 중심축선(AX)의 사이의 거리가 135mm 이상, 185mm 이하로 되도록, 구성될 수 있다. 이 때문에, 일실시 형태에서는, 전자석(60)의 하나의 코일(64)의 내경과 외경의 평균치는 중심축선(AX)과 피가공물(W)의 에지의 사이의 거리 이상이다. 피가공물(W)의 반경이 150mm인 경우에는, 전자석(60)의 하나의 코일(64)의 내경과 외경의 평균치는 150mm 이상, 250mm 이하이다. 또한, 자기장의 벡터의 각도는 해당 자기장이 아래 방향의 성분만을 갖는 경우에는 0°이며, 방사 방향의 성분(수평 성분)만을 가지는 경우에는 90°이다. 따라서, 자기장의 벡터의 각도가 45°인 경우에는, 해당 자기장은 수평 성분과 수직 성분의 양쪽을 갖는다.
전자석(60)이 상부 전극을 덮는 접지 도체에 의해 둘러싸인 공간 내에 배치되면, 제 1 고주파가 전자석(60) 및/또는 전자석(60)과 전원(전류원)을 접속하는 배선에 유입한다. 그 결과, 챔버 본체(12)의 내부 공간(12s) 내에서의 전계 강도가 국소적으로 변동한다. 따라서, 전자석(60)은 접지 도체의 외측에 배치된다. 단, 접지 도체의 상단에 대해서 위쪽의 공간에 전자석(60)이 배치되면, 전자석(60)으로부터 내부 공간(12s)까지의 수직 방향의 거리가 길어지고, 큰 전류를 코일(64)에 주지 않으면 내부 공간(12s) 내에 충분한 크기를 갖는 자기장을 효율적으로 형성할 수 없다. 또, 전자석(60)이 접지 도체의 측방(중심축선으로부터 방사 방향에 대해 접지 도체의 외측)에 배치되면, 큰 수평 성분을 갖는 자기장이 형성되는 개소, 혹은, 그 벡터가 45°의 각도를 갖는 자기장이 형성되는 개소가 내부 공간(12s) 내에 형성되지 않는다. 균일한 플라즈마 밀도의 분포를 얻는데 적합한 자기장의 분포를 효율적으로 내부 공간(12s) 내에 형성하기 위해서, 접지 도체(50)는 그 내부에 전자석(60)이 배치되는 외부 공간(ES)을 제공하고 있다. 외부 공간(ES)은 접지 도체(50)의 상단보다 내부 공간(12s)의 측에 있고, 상부 전극(36)에 대해서 위쪽으로 떨어져 있고, 또한, 상부 전극(36)에 대해서 접지 도체(50)에 의해 차폐되어 있다.
접지 도체(50)는 제 1 부분(51), 제 2 부분(52), 및 제 3 부분(53)을 구비하고 있다. 제 1 부분(51)은 통 형상을 가지고 있다. 제 1 부분(51)의 중심축선은 중심축선(AX)과 대략 일치하고 있다. 제 1 부분(51)은 챔버 본체(12)로부터 위쪽으로 연장하고 있다. 도 1에 나타내는 예에서는, 제 1 부분(51)은 챔버 본체(12)의 측벽(12a)의 상단으로부터 위쪽으로 연장하고 있다. 제 1 부분(51)의 하단 부분은 부재(37)와 측벽(12a)의 상단의 사이에 개재하고 있다.
제 2 부분(52)은 상부 전극(36)으로부터 위쪽으로 이간되고, 또한, 제 1 부분(51)으로부터 중심축선(AX)을 향해 연장하고 있다. 제 2 부분(52)은 중심축선(AX)에 대해서 교차 또는 직교하는 방향으로 연장하는 판 형상을 이루고 있다. 제 1 부분(51)과 제 2 부분(52)은 상부 전극(36) 위에 제 1 공간(IS1)을 제공하고 있다. 제 1 공간(IS1)은 접지 도체(50)의 내측(즉, 상부 전극(36)측)의 공간의 일부이다. 이 제 1 공간(IS1)에 의해, 수직 방향에 있어서 상부 전극(36)과 접지 도체(50)의 사이에 거리가 확보된다. 따라서, 접지 도체(50)와 상부 전극(36)의 사이의 용량적 결합이 억제된다. 상부 전극(36)의 상면과 접지 도체(50)의 제 2 부분(52)의 하면의 사이의 수직 방향의 거리는 예를 들면 60mm 이상의 거리로 설정된다.
제 3 부분(53)은 통 형상을 가지고 있다. 제 3 부분(53)의 중심축선은 중심축선(AX)과 대략 일치하고 있다. 제 3 부분(53)은 제 1 부분(51)보다 중심축선의 근처에서 연장하고 있다. 제 3 부분(53)은 제 2 부분(52)으로부터 위쪽으로 연장하고 있다. 제 3 부분(53)은 제 2 공간(IS2)을 제공하고 있다. 제 2 공간(IS2)은 제 2 부분(52)의 내측의 공간이며, 접지 도체(50)의 내측(즉, 상부 전극(36) 측)의 공간의 일부이다. 제 2 공간(IS2)은 제 1 공간(IS1)에 연속하고 있다. 또한, 급전 도체(48)는 제 1 공간(IS1) 및 제 2 공간(IS2)을 지나 위쪽으로 연장하고 있다.
외부 공간(ES)은 제 3 부분(53)의 외측, 제 2 부분(52) 상, 또한, 내부 공간(12s)의 위쪽에 접지 도체(50)에 의해 제공되고 있다. 외부 공간(ES)은 제 3 부분(53)의 외측, 또한, 제 2 부분(52) 상에서, 중심축선(AX)을 중심으로 둘레 방향으로 연장하고 있다. 이 외부 공간(ES)에 전자석(60)이 배치되어 있다. 또한, 외부 공간(ES) 내에 배치된 전자석(60)의 하단과 상부 전극(36)의 상면의 사이의 수직 방향의 거리는 60mm보다 크고, 전자석(60)의 하단과 스테이지(14) 상에 탑재된 피가공물(W)의 사이의 수직 방향의 거리는 230mm 이하일 수 있다.
외부 공간(ES) 내에 배치된 전자석(60)과 내부 공간(12s)의 사이의 거리는 비교적 짧다. 또, 상술한 바와 같이, 전자석(60)은 중심축선(AX)의 근방에서는 낮은 수평 성분을 가지며, 중심축선으로부터 멀어진 위치에서 큰 수평 성분을 갖는 자기장의 분포를 내부 공간(12s) 내에 형성한다. 따라서, 접지 도체(50)에 대해서 외측에 배치된 전자석(60)에 의해, 균일한 플라즈마 밀도의 분포를 얻는데 적합한 자기장의 분포가 효율적으로 내부 공간(12s) 내에 형성될 수 있다.
전자석(60)의 코일(64)에는, 상술한 바와 같이 전류원(66)이 접속되어 있다. 전자석(60) 및 전류원(66)은 접지 도체(50)에 대해서 외측에 배치되어 있다. 따라서, 전류원(66)으로의 고주파의 유입을 방지하기 위한 필터가 코일(64)과 전류원(66)의 사이에 마련되지 않아도 좋다.
일실시 형태에서는, 접지 도체(50)는 제 4 부분(54), 제 5 부분(55), 및 제 6 부분(56)을 더 갖는다. 제 4 부분(54)은 제 2 부분(52)의 위쪽에서, 중심축선(AX)에 대해서 방사 방향으로 제 3 부분(53)으로부터 연장하고 있다. 제 4 부분(54)은 중심축선(AX)에 대해서 교차 또는 직교하는 방향으로 연장하는 판 형상을 이루고 있다. 제 5 부분(55)은 통 형상을 가지고 있다. 제 5 부분(55)의 중심축선은 중심축선(AX)에 대략 일치하고 있다. 제 5 부분(55)은 제 3 부분(53)보다 중심축선으로부터 떨어져 있고, 제 4 부분(54)으로부터 위쪽으로 연장하고 있다. 제 6 부분(56)은 제 4 부분(54)의 위쪽에서, 제 5 부분(55)으로부터 중심축선(AX)을 향해 연장하고 있다. 제 6 부분(56)은 중심축선(AX)에 대해서 교차 또는 직교하는 방향으로 연장하는 판 형상을 이루고 있다. 일실시 형태에서는, 접지 도체(50)는 제 6 부분으로부터 급전 도체(48)의 근방까지 연장하는 덮개부(57)를 더 가지고 있다.
제 4 부분(54), 제 5 부분(55), 및 제 6 부분(56)은 제 3 공간(IS3)을 제공하고 있다. 제 3 공간(IS3)은 제 4 부분(54), 제 5 부분(55), 및 제 6 부분(56)에 의해 둘러싸인 공간이며, 접지 도체(50)의 내측의 공간의 일부이다. 제 3 공간(IS3)은 제 2 공간(IS2)에 연속하고 있다. 급전 도체(48)는 제 3 공간(IS3)을 또한 지나서, 위쪽으로 연장하고 있다. 또한, 도 1에 나타내는 예에서는, 제 1 ~ 제 6 부분은 3개의 부재로 구성되어 있지만, 접지 도체(50)를 구성하는 부재의 개수는 임의의 개수일 수 있다.
이하, 도 1과 함께, 도 3을 참조한다. 도 3은 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치의 접지 도체의 내부의 구성을 나타내는 평면도이다. 도 3에 있어서는, 접지 도체(50)의 제 5 부분(55)이 수평인 면에서 파단된 상태를 나타내고 있다. 일실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 관(71)(제 1 관)을 더 구비하고 있다. 관(71)은 상부 전극(36)으로부터, 제 1 공간(IS1) 및 제 2 공간(IS2)을 지나 위쪽으로 연장하고, 제 3 공간(IS3)을 지나, 접지 도체(50)에 대해서 측방 또한 외측까지 연장하고 있다. 관(71)은 접지 도체(50)에 대해서 외측에서, 칠러 유닛(42)에 접속된다. 칠러 유닛(42)으로부터의 냉매는, 관(71)을 통해서 유로(40p)에 공급된다. 제 3 공간(IS3) 내에서는, 관(71)이 접지 도체(50)의 제 4 부분(54)에 의해 상부 전극(36)으로부터 실질적으로 차폐되어 있다.
플라즈마 처리 장치(10)는 관(72)을 더 구비하고 있다. 관(72)은 제 1 공간(IS1) 및 제 2 공간(IS2)을 지나 위쪽으로 연장하고, 제 3 공간(IS3)을 지나, 접지 도체(50)에 대해서 측방 또한 외측까지 연장하고 있다. 관(72)은 접지 도체(50)에 대해서 외측에서, 칠러 유닛(42)에 접속된다. 냉매는 유로(40p)로부터 관(72)을 지나 칠러 유닛(42)에 리턴된다. 제 3 공간(IS3) 내에서는, 관(72)이 접지 도체(50)의 제 4 부분(54)에 의해 상부 전극(36)으로부터 실질적으로 차폐되어 있다.
일실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는 관(73)(제 2 관)을 더 구비하고 있다. 관(73)은 상부 전극(36)으로부터, 제 1 공간(IS1) 및 제 2 공간(IS2)을 지나 위쪽으로 연장하고, 제 3 공간(IS3)을 지나, 접지 도체(50)에 대해서 측방 또한 외측까지 연장하고 있다. 관(73)은 접지 도체(50)에 대해서 외측에서, 가스 공급부(41)에 접속되어 있다. 가스 공급부(41)로부터 출력되는 가스는 관(73)을 통해서, 상부 전극(36), 즉 샤워 헤드에 공급된다. 제 3 공간(IS3) 내에서는, 관(73)이 접지 도체(50)의 제 4 부분(54)에 의해 상부 전극(36)으로부터 실질적으로 차폐되어 있다. 또한, 가스 공급부(41)와 상부 전극(36)(즉, 샤워 헤드)은 복수의 관을 통해서 서로 접속되어 있어도 좋다.
일실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는 직류 전원(74) 및 배선(75)을 더 구비하고 있다. 직류 전원(74)은 상부 전극(36)에 인가되는 부(-)극성의 직류 전압을 발생하도록 구성되어 있다. 배선(75)은 직류 전원(74)과 상부 전극(36)을 서로 접속하고 있다. 배선(75)은 코일(75c)을 포함할 수 있다. 코일(75c)은 제 3 공간(IS3) 내에 마련되어 있다. 배선(75)은 상부 전극(36)으로부터 제 1 공간(IS1) 및 제 2 공간(IS2)을 지나 위쪽으로 연장하고, 제 3 공간(IS3)을 지나, 접지 도체(50)에 대해서 측방 또한 외측까지 연장하고 있다. 배선(75)은 제 5 부분(55) 및 접지 도체(50)로부터 전기적으로 절연되어 있다. 배선(75)은 접지 도체(50)에 대해서 외측에서, 직류 전원(74)에 접속되어 있다. 제 3 공간(IS3) 내에서는, 배선(75)이 접지 도체(50)의 제 4 부분(54)에 의해 상부 전극(36)으로부터 실질적으로 차폐된다.
일실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는 제어부(80)를 더 구비하고 있다. 제어부(80)는 플라즈마 처리 장치(10)의 각부를 제어하도록 구성되어 있다. 제어부(80)는 컴퓨터 장치일 수 있다. 제어부(80)는 프로세서, 메모리의 기억 장치, 키보드, 마우스, 터치 패널의 입력 장치, 표시 장치, 제어 신호의 입출력 인터페이스 등을 가질 수 있다. 기억 장치에는, 제어 프로그램 및 레시피 데이터가 기억되어 있다. 제어부(80)의 프로세서는 제어 프로그램을 실행하고, 레시피 데이터에 따라, 플라즈마 처리 장치(10)의 각부를 제어하기 위해서 제어 신호를 송출한다. 일실시 형태에 있어서, 제어부(80)는 후술하는 플라즈마 처리 방법(방법 MT)의 실행을 위해서, 플라즈마 처리 장치(10)의 각부를 제어하는 것이 가능하다.
이하, 도 4를 참조한다. 도 4는 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치에 의해 형성 가능한 자기장의 분포의 계산 결과를 나타내는 그래프이다. 도 4에 있어서, 가로축은 중심축선(AX)으로부터의 거리를 나타내고 있고, 세로축은 자속 밀도를 나타내고 있다. 도 4에 있어서는, 자기장(BA)의 분포를 나타내는 자속 밀도의 분포, 자기장(BA)의 수평 성분(BH)의 분포를 나타내는 자속 밀도의 분포, 자기장(BA)의 수직 성분(BV)의 분포를 나타내는 자속 밀도의 분포가 나타나 있다. 도 4에 나타내는 자기장 및 그 2개의 성분의 분포는 전자석(60)의 하단으로부터 아래쪽으로 174mm 멀어진 면내에 있어서의 분포, 즉 스테이지(14)의 상면 내에 있어서의 분포이다. 도 4에 나타내는 자기장 및 그 2개의 성분의 분포를 계산했을 때의 조건은 이하와 같다.
＜계산의 조건＞
코일(64)의 내경(반경) : 132 mm
코일(64)의 외경(반경) : 173 mm
코일(64)의 권선수 : 215
턴 코일(64)에 공급한 전류 : 4［A］
전자석(60)의 하단과 스테이지(14) 상에 탑재된 피가공물(W)의 사이의 거리 : 174 mm
도 4에 나타내는 자기장의 분포의 계산 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 전자석(60)에 따르면, 중심축선(AX) 상에서의 수평 성분보다 큰 수평 성분을 중심축선(AX)으로부터 멀어진 개소에서 갖는 자기장의 분포를 형성하는 것이 가능하다.
이하, 도 5를 참조한다. 도 5는 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치의 내부 공간 내에서의 이온 플럭스의 분포의 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 도 5에 나타내는 측정 결과를 얻기 위한 실험에서는, 원반 형상의 샘플이 스테이지(14) 상에 탑재된 상태에서, 내부 공간(12s) 내에서 플라즈마를 생성하고, 전자석(60)에 의해 내부 공간(12s) 내에 자기장을 형성했다. 그리고, 샘플의 직경 상의 복수의 측정점에서 샘플의 온도의 단위시간 당의 증가율(dT/dt)을 구했다. 또한, 증가율(dT/dt)은 이온 플럭스의 양을 반영하는 파라미터이다. 실험에서는, 전자석(60)의 코일(64)에 공급하는 전류를 0［A］, 1［A］, 4［A］, 6.5［A］로 설정하고, 이온 플럭스의 분포를 측정했다. 실험의 다른 조건을 이하에 나타낸다.
＜실험의 조건＞
내부 공간(12s)의 압력 : 20 mTorr(2.67 Pa)
내부 공간(12s)에 공급한 가스 : 1000 sccm의 Ar 가스
제 1 고주파 : 60 MHz, 100 W
제 2 고주파 : 40 MHz, 100 W
도 5에 있어서, 가로축은 복수의 측정점 각각의 위치를 나타내는 축이며, 중심축선(AX)으로부터의 거리를 나타내고 있다. 정(+)의 거리로 특정되는 측정점은 상술의 직경 상에서 중심축선(AX)에 대해서 한쪽 측에 있고, 부(-)의 거리로 특정되는 측정점은 상술의 직경 상에서 중심축선(AX)에 대해서 다른쪽 측에 있다. 도 5에 있어서, 세로축은 증가율(dT/dt)을 나타내고 있다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 전자석(60)의 코일(64)에 공급하는 전류가 0［A］인 경우에는, 증가율(dT/dt), 즉, 이온 플럭스는 중심축선(AX)으로부터의 거리의 증가에 따라서 감소하고 있었다. 즉, 코일(64)에 공급하는 전류가 0［A］인 경우에는, 불균일의 플라즈마 밀도의 분포가 형성되고 있었다. 코일(64)에 공급하는 전류를 증가시키면, 복수의 측정점에 있어서의 이온 플럭스의 차이는 감소했다. 즉, 전자석(60)에 의해 내부 공간(12s) 내에서 자기장을 형성함으로써, 균일한 플라즈마 밀도의 분포를 형성하는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.
이하, 도 6을 참조해서, 플라즈마 처리 장치(10)를 이용해서 실행 가능한 일실시 형태의 플라즈마 처리 방법에 대해 설명한다. 도 6은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 6에 나타내는 플라즈마 처리 방법(이하, 「방법 MT」라고 한다)은 챔버 본체(12)의 내부 공간(12s) 내에 피가공물(W)이 수용된 상태에서 실행된다. 방법 MT는 공정 ST1 및 공정 ST2를 포함하고 있다.
공정 ST1에서는, 피가공물(W)에 대해서 제 1 플라즈마 처리가 실행된다. 공정 ST1에서는, 내부 공간(12s)에 공급된 제 1 가스의 플라즈마에 의해, 피가공물(W)이 처리된다. 공정 ST1에서는, 제 2 고주파는 하부 전극(18)에 공급되어도, 공급되지 않아도 좋다. 공정 ST1에 있어서 제 2 고주파가 하부 전극(18)에 공급되는 경우에는, 공정 ST1에서 설정되는 제 2 고주파의 전력은 공정 ST2에서 하부 전극(18)에 공급되는 제 2 고주파의 전력보다 작다.
공정 ST2에서는, 피가공물(W)에 대해서 제 2 플라즈마 처리가 실행된다. 공정 ST2에서는, 내부 공간(12s)에 공급된 제 2 가스의 플라즈마에 의해, 피가공물(W)이 처리된다. 공정 ST2에서는, 제 2 고주파는 하부 전극(18)에 공급된다. 공정 ST2에서는, 제 2 고주파의 전력이 공정 ST1에 있어서의 제 2 고주파의 전력보다 큰 전력으로 설정된다. 일실시 형태에서는, 제 2 고주파의 주파수는 13.56 MHz보다 크다. 제 2 고주파의 주파수는 40 MHz 이상이어도 좋고, 60 MHz 이상이어도 좋다.
공정 ST2에서는, 피가공물(W)의 중심 위에서의 수평 성분보다 큰 수평 성분을 피가공물(W)의 에지측 위에서 갖는 자기장의 분포가 전자석(60)에 의해 내부 공간(12s) 내에 형성된다.
공정 ST1 및 공정 ST2는 교대로 반복되어도 좋다. 공정 ST1 및 공정 ST2가 교대로 반복되는 경우에는, 공정 ST3에 있어서 정지 조건을 충족하는지 여부가 판정된다. 정지 조건은 예를 들면, 공정 ST1 및 공정 ST2를 포함한 순서의 실행 횟수가 소정 횟수에 이른 경우에, 충족하는 것으로 판정된다. 공정 ST3에서 정지 조건이 충족되지 않았다고 판정되면, 다시 공정 ST1가 실행되고, 그 다음에 공정 ST2가 실행된다. 한편, 공정 ST3에서 정지 조건이 충족되고 있는 것으로 판정되면, 방법 MT의 실행이 종료한다.
방법 MT의 공정 ST2에서는, 제 2 고주파의 파워가 공정 ST1에서 설정되는 제 2 고주파의 파워보다 높은 파워로 설정된다. 따라서, 공정 ST2의 제 2 플라즈마 처리의 실행중에는, 피가공물(W)의 중심 위에서 전계 강도가 높아지고, 피가공물(W)의 에지측 위에서 전계 강도가 낮아진다. 즉, 제 2 플라즈마 처리의 실행중에는, 중심축선(AX)에 대해서 방사 방향에 있어서 불균일의 전계 강도의 분포가 형성된다. 제 2 플라즈마 처리의 실행중에는, 상술의 자기장의 분포가 내부 공간(12s) 내에서 형성된다. 큰 수평 성분의 자기장이 형성되어 있는 개소에서는, 전자의 속도가 저하하고, 전자의 체재 시간이 길어진다. 그 결과, 큰 수평 성분의 자기장이 형성되어 있는 개소에서는, 플라즈마의 밀도가 상승한다. 이로써, 제 2 플라즈마 처리의 실행중의 플라즈마 밀도의 분포가 균일화된다. 또한, 전자석(60)에 의해 형성되는 자기장의 분포에 의해 플라즈마 밀도의 분포가 균일화되므로, 제 1 플라즈마 처리로부터 제 2 플라즈마 처리에 실행되는 플라즈마 처리로 전환되는 시점에서, 고속으로 플라즈마 밀도의 분포가 균일화될 수 있다. 공정 ST1 및 공정 ST2가 교대로 반복되는 경우에는, 플라즈마 밀도의 분포를 고속으로 균일화할 수 있는 전자석(60)의 이용은 특히 유리하다.
일실시 형태에 있어서, 제 1 가스는 플루오르 카본 가스, 예를 들면 C4F8 가스를 포함한다. 제 2 가스는 He 가스, Ne 가스, Ar 가스, Kr 가스, Xe 가스 등의 희가스를 포함한다. 이 실시 형태의 방법 MT는 산화 실리콘으로 형성된 제 1 영역을 질화 실리콘으로 형성된 제 2 영역에 대해서 선택적으로 에칭할 수 있다.
도 7은 도 6에 나타내는 방법의 일실시 형태를 적용 가능한 일례의 피가공물의 일부 확대 단면도이다. 도 7에 나타내는 피가공물(W)은 베이스 영역(UR), 복수의 융기 영역(PR), 제 1 영역(R1), 제 2 영역(R2), 및 마스크(MK)를 가지고 있다. 이 피가공물(W)은 예를 들면, 핀형 전계 효과 트랜지스터의 제조중에 얻을 수 있는 생산물일 수 있다.
베이스 영역(UR)은 예를 들면, 다결정 실리콘으로 구성될 수 있다. 베이스 영역(UR)은 일례에서 핀 영역이며, 대략 직방체 형상을 가지고 있다. 복수의 융기 영역(PR)은 베이스 영역(UR) 상에 마련되어 있고, 서로 대략 평행하게 배열되어 있다. 이들 융기 영역(PR)은 예를 들면, 게이트 영역일 수 있다. 제 2 영역(R2)은 질화 실리콘으로 형성되어 있다. 제 2 영역(R2)은 융기 영역(PR) 및 베이스 영역(UR)을 덮도록 마련되어 있다. 제 2 영역(R2)은 2개의 인접하는 융기 영역(PR)의 사이에, 오목부를 제공하고 있다. 제 1 영역(R1)은 산화 실리콘으로 형성되어 있다. 제 1 영역(R1)은 제 2 영역(R2)에 의해 제공되고 있는 상술의 오목부 내에 마련되어 있다. 또, 제 1 영역(R1)은 제 2 영역(R2)을 덮도록 마련되어 있다. 제 1 영역(R1) 상에는, 마스크(MK)가 마련되어 있다. 마스크(MK)는 제 2 영역(R2)에 의해 제공된 오목부의 위쪽에서 개구를 제공하도록, 패터닝되어 있다. 마스크(MK)의 개구의 폭은 제 2 영역(R2)에 의해 제공된 오목부의 폭보다 크다. 마스크(MK)는 유기막으로 형성된 마스크이다. 마스크(MK)는 포토리소그래피 기술에 의해 작성하는 것이 가능하다.
이하, 도 7에 나타내는 피가공물(W)에 적용되는 경우를 예를 들어, 일실시 형태의 방법 MT에 대해 설명한다. 그렇지만, 일실시 형태의 방법 MT는 산화 실리콘으로 형성된 제 1 영역 및 질화 실리콘으로 형성된 제 2 영역을 갖는 임의의 피가공물에 대해서 적용 가능하다. 이하, 도 6 및 도 7에 더하여, 도 8, 도 9(a), 도 9(b), 및 도 10을 참조한다. 도 8은 도 7에 나타내는 상태로부터 처리된 피가공물의 일부 확대 단면도이다. 도 9(a)은 도 6에 나타내는 방법의 일실시 형태에 있어서의 공정 ST1의 실행 후의 상태의 피가공물의 일부 확대 단면도이며, 도 9(b)은 도 6에 나타내는 방법의 일실시 형태에 있어서의 공정 ST2의 실행 후의 상태의 피가공물의 일부 확대 단면도이다. 도 10은 도 6에 나타내는 방법의 일실시 형태가 적용된 후의 피가공물의 일부 확대 단면도이다.
일실시 형태의 방법 MT에서는, 공정 ST1 및 공정 ST2에 의해서만, 제 1 영역(R1)을 에칭해도 좋다. 혹은, 최초에 공정 ST1를 실행하기 전에, 제 2 영역(R2)이 노출될 때까지(도 8 참조), 또는 제 2 영역(R2)이 노출되기 직전까지, 다른 플라즈마 에칭 처리에 의해, 제 1 영역(R1)이 에칭되어도 좋다. 예를 들면, 제 2 영역(R2)이 노출될 때까지(도 8 참조), 또는, 제 2 영역(R2)이 노출되기 직전까지, 플루오르 카본 가스의 플라즈마로부터의 이온 및/또는 래디칼의 활성종에 의해, 제 1 영역(R1)이 에칭되어도 좋다.
일실시 형태의 방법 MT의 공정 ST1에서는, 플루오르 카본 가스를 포함한 상술의 제 1 가스의 플라즈마에 의해, 피가공물(W)이 처리된다. 제 1 가스는 플루오르 카본 가스에 더해서, 산소 가스 및 Ar 가스 등의 희가스를 포함하고 있어도 좋다. 이 공정 ST1에서는, 플루오르 카본을 포함한 퇴적물의 막(DP)이 피가공물(W) 상에 형성된다. 공정 ST1에서는, 제 1 영역(R1) 상의 막(DP)의 막 두께보다, 제 2 영역(R2) 상의 막(DP)의 막 두께가 커지도록, 막(DP)이 형성된다.
구체적으로, 공정 ST1에서는, 내부 공간(12s)에 제 1 가스가 공급되고, 배기 장치(34)에 의해 내부 공간(12s)의 압력이 지정된 압력으로 감압된다. 제 1 고주파가 공급됨으로써, 제 1 가스는 내부 공간(12s) 내에서 여기된다. 그 결과, 내부 공간(12s) 내에서 제 1 가스의 플라즈마가 생성된다. 공정 ST1에서는, 제 2 고주파의 전력은 공정 ST2에 있어서의 제 2 고주파의 전력보다 낮은 전력으로 설정된다. 공정 ST1에서는, 제 2 고주파는 하부 전극(18)에 공급되지 않아도 좋다.
공정 ST1에서는, 피가공물(W)의 온도가 20℃ 이상, 250℃ 이하의 온도로 설정된다. 피가공물(W)의 온도는 유로(18p)에 공급되는 열 교환 매체 및 정전 척(20) 내에 마련된 상술의 1 이상의 히터에 의해 조정된다. 이러한 온도로 피가공물(W)의 온도가 설정되면, 도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 플루오르 카본을 포함한 퇴적물의 막(DP)이 피가공물(W) 상에 형성된다. 도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 막(DP)의 막 두께는 제 2 영역(R2) 상에서는 크고, 제 1 영역(R1) 상에서는 작다. 또한, 250℃을 넘는 온도는 마스크(MK)의 유리 전이 온도이며, 해당 온도에서는, 제 1 영역(R1) 상에 형성되는 막(DP)의 막 두께와 제 2 영역(R2) 상에 형성되는 막(DP)의 막 두께의 차이가 적게 된다. 또, 20℃보다 낮은 온도에서도, 제 1 영역(R1) 상에 형성되는 막(DP)의 막 두께와 제 2 영역(R2) 상에 형성되는 막(DP)의 막 두께의 차이가 적게 된다.
공정 ST2에서는, 공정 ST1에서 처리된 피가공물(W)이 희가스를 포함한 상술의 제 2 가스의 플라즈마에 의해 처리된다. 제 2 가스는 희가스만을 포함한 가스일 수 있다. 혹은, 제 2 가스는 희가스에 더해서 산소 가스를 포함하고 있어도 좋다. 공정 ST2에서는, 내부 공간(12s)에 제 2 가스가 공급되고, 배기 장치(34)에 의해 내부 공간(12s)의 압력이 지정된 압력으로 감압된다. 제 2 고주파가 공급됨으로써, 제 2 가스는 내부 공간(12s) 내에서 여기된다. 그 결과, 내부 공간(12s) 내에서 제 2 가스의 플라즈마가 생성된다. 공정 ST2에서는, 제 2 고주파가 하부 전극(18)에 공급된다. 공정 ST2에서는, 제 2 고주파의 전력은 공정 ST1에 있어서의 제 2 고주파의 전력보다 높은 전력으로 설정된다.
공정 ST2에서는, 희가스의 이온이 피가공물(W)에 조사된다. 희가스의 이온이 막(DP)에 조사되면, 막(DP)에 포함되는 플루오르 카본의 래디칼에 의해, 제 1 영역(R1)이 에칭된다. 한편, 제 2 영역(R2) 상의 막(DP)은 감소하지만, 제 2 영역(R2)의 에칭을 억제하도록 제 2 영역(R2)을 보호한다. 공정 ST2가 실행되면, 도 9(a)에 나타낸 피가공물(W)은 도 9(b)에 나타낸 상태로 된다. 그리고, 공정 ST1 및 공정 ST2의 교대 반복에 의해, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제 2 영역(R2)에 의해 제공된 오묵부 내의 제 1 영역(R1)이 제거되고, 개구(HL)가 형성된다. 즉, 자기 정합적으로 개구(HL)가 형성된다.
그런데, 제 2 영역(R2)에 의해 제공되는 오목부의 폭이 좁은 경우에는, 공정 ST1의 실행에 의해, 좁은 오목부 내에 존재하는 제 1 영역(R1) 상에 두껍게 퇴적물이 형성된다. 제 1 영역(R1) 상에 두꺼운 퇴적물의 막이 형성되면, 공정 ST2에 있어서 제 1 영역(R1)의 에칭이 진행되지 않게 된다. 따라서, 제 2 영역(R2)에 의해 제공되는 오목부의 폭이 좁은 경우에는, 피가공물(W) 상에 형성되는 퇴적물의 막(DP)의 막 두께를 작게 할 필요가 있다. 퇴적물의 막(DP)의 막 두께가 작은 경우에는, 제 2 영역(R2)의 에칭을 억제하기 위해서, 피가공물(W)에 조사되는 희가스의 이온의 에너지를 낮게 할 필요가 있다. 이온의 에너지는, 높은 주파수를 갖는 제 2 고주파를 이용함으로써, 저하된다. 예를 들면, 13.56 MHz보다 큰 주파수, 40 MHz 이상의 주파수, 또는 60 MHz 이상의 주파수를 갖는 제 2 고주파가 이용된다. 높은 주파수를 갖는 제 2 고주파를 이용하면, 공정 ST2에서 형성되는 상술한 전계 강도의 분포의 불균일성은 보다 현저한 것으로 된다. 이러한 불균일성은 공정 ST2에 있어서 전자석(60)에 의해 상술의 자기장을 형성함으로써, 해소 또는 억제된다.
이상, 여러 실시 형태에 대해 설명해 왔지만, 상술한 실시 형태로 한정되지 않고 여러 변형 형태를 구성 가능하다. 도 1에서는, 플라즈마 처리 장치는, 전자석이 하나의 코일을 갖도록 도시했지만, 전자석은 하나 이상의 코일을 가지고 있어도 좋다.
10 : 플라즈마 처리 장치 12 : 챔버 본체
12s : 내부 공간 14 : 스테이지
14r : 탑재 영역 18 : 하부 전극
20 : 정전 척 36 : 상부 전극
41 : 가스 공급부 42 : 칠러 유닛
43 : 제 1 고주파 전원 44 : 제 2 고주파 전원
48 : 급전 도체 50 : 접지 도체
51 : 제 1 부분 52 : 제 2 부분
53 : 제 3 부분 60 : 전자석
64 : 코일 AX : 중심축선
ES : 외부 공간 IS1 : 제 1 공간
IS2 : 제 2 공간 IS3 : 제 3 공간
W : 피가공물 R1 : 제 1 영역
R2 : 제 2 영역 DP : 막

Claims (10)

  1. 챔버 본체와,
    상기 챔버 본체에 의해 제공된 내부 공간에 가스를 공급하도록 구성된 가스 공급부와,
    하부 전극을 포함하고, 피가공물의 탑재 영역을 제공하고, 상기 내부 공간 내에 마련된 스테이지로서, 상기 탑재 영역의 중심은 상기 챔버 본체의 중심축선 상에 위치하는 상기 스테이지와,
    상기 내부 공간을 사이에 두고 상기 스테이지의 위쪽에 마련된 상부 전극과,
    상기 상부 전극에 접속되어 있고, 상기 상부 전극으로부터 위쪽으로 연장하는 급전 도체와,
    제 1 고주파를 발생하도록 구성되어 있고, 상기 급전 도체를 통해서 상기 상부 전극에 전기적으로 접속된 제 1 고주파 전원과,
    상기 제 1 고주파의 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 제 2 고주파를 발생하도록 구성되어 있고, 상기 하부 전극에 전기적으로 접속된 제 2 고주파 전원과,
    상기 상부 전극의 위쪽에 배치된 전자석으로서, 상기 중심축선 상에서의 수평 성분보다 큰 수평 성분을, 상기 중심축선으로부터 멀어진 위치에서 갖는 자기장의 분포를 상기 내부 공간 내에 형성하도록 구성된, 상기 전자석과,
    접지되어 있고, 상기 챔버 본체의 위쪽에서 상기 상부 전극을 덮도록 연장하는 접지 도체
    를 구비하고,
    상기 접지 도체는,
    상기 챔버 본체로부터 위쪽으로 연장하는 통 형상의 제 1 부분과,
    상기 상부 전극으로부터 위쪽으로 이간되고, 또한, 상기 제 1 부분으로부터 상기 중심축선을 향해 연장하는 제 2 부분으로서, 상기 제 1 부분과 함께, 상기 상부 전극 상에 제 1 공간을 제공하는, 상기 제 2 부분과,
    상기 제 1 부분보다 상기 중심축선의 근처에 마련되어 있고, 상기 제 2 부분에서 위쪽으로 연장하는 통 형상의 제 3 부분으로서, 그 내부에 상기 제 1 공간에 연속하는 제 2 공간을 제공하는, 상기 제 3 부분
    을 가지며,
    상기 급전 도체는 상기 제 1 공간 및 상기 제 2 공간을 지나 위쪽으로 연장하고 있고,
    상기 전자석은 상기 제 3 부분의 외측, 상기 제 2 부분 상, 또한, 상기 내부 공간의 위쪽에 상기 접지 도체에 의해 제공된 외부 공간 내에 배치되어 있는
    플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접지 도체는,
    상기 제 2 부분의 위쪽에서, 상기 중심축선에 대해서 방사 방향으로 상기 제 3 부분으로부터 연장하는 제 4 부분과,
    상기 제 3 부분보다 상기 중심축선으로부터 떨어져 있고, 상기 제 4 부분으로부터 위쪽으로 연장하는 통 형상의 제 5 부분과,
    상기 제 4 부분의 위쪽에서, 상기 제 5 부분으로부터 상기 중심축선을 향해 연장하는 제 6 부분
    을 더 가지며,
    상기 급전 도체는, 또한, 상기 제 4 부분, 상기 제 5 부분, 및 상기 제 6 부분에 의해 둘러싸인, 상기 제 2 공간에 연속하는 제 3 공간을 지나, 위쪽으로 연장하고 있는
    플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 전극으로부터 상기 제 1 공간 및 상기 제 2 공간을 지나 위쪽으로 연장하고, 상기 제 3 공간을 지나, 상기 접지 도체에 대해서 측방 또한 외측까지 연장하는 제 1 관으로서, 상기 상부 전극에 냉매를 공급하는 상기 제 1 관을 더 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 상부 전극은 상기 가스 공급부로부터의 가스를 상기 내부 공간에 토출하는 샤워 헤드를 구성하고 있고,
    상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 상부 전극으로부터 상기 제 1 공간 및 상기 제 2 공간을 지나 위쪽으로 연장하고, 상기 제 3 공간을 지나, 상기 접지 도체에 대해서 측방 또한 외측까지 연장하는 제 2 관으로서, 상기 샤워 헤드에 상기 가스 공급부로부터의 가스를 공급하는 상기 제 2 관을 더 구비하는
    플라즈마 처리 장치.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 상부 전극에 인가되는 부(-)극성의 직류 전압을 발생하는 직류 전원과,
    상기 직류 전원과 상기 상부 전극을 서로 접속하는 배선
    을 더 구비하고,
    상기 배선은 상기 상부 전극으로부터 상기 제 1 공간 및 상기 제 2 공간을 지나 위쪽으로 연장하고, 상기 제 3 공간을 지나, 상기 접지 도체에 대해서 측방 또한 외측까지 연장하고 있는
    플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자석은 상기 중심축선의 주위에서 감겨진 코일을 갖는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 코일의 내경과 외경의 평균치는 상기 중심축선과 상기 피가공물의 에지의 사이의 거리 이상인 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 고주파의 상기 주파수는 13.56 MHz보다 큰 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 고주파의 상기 주파수는 40 MHz 이상인 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 고주파의 상기 주파수는 60 MHz 이상인 플라즈마 처리 장치.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102139615B1 (ko) * 2018-07-10 2020-08-12 세메스 주식회사 기판 처리 장치
JP7198609B2 (ja) * 2018-08-21 2023-01-04 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法及びプラズマ処理装置
JP6899035B2 (ja) * 2019-07-29 2021-07-07 株式会社日立ハイテク プラズマ処理装置
US20230033655A1 (en) * 2020-04-21 2023-02-02 Hitachi High-Tech Corporation Plasma processing apparatus
JP7450475B2 (ja) * 2020-06-30 2024-03-15 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002093784A (ja) * 2000-09-13 2002-03-29 Hitachi Ltd プラズマ処理装置および半導体装置の製造方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW335517B (en) * 1996-03-01 1998-07-01 Hitachi Ltd Apparatus and method for processing plasma
JPH10125665A (ja) * 1997-11-04 1998-05-15 Tadahiro Omi プラズマプロセス用装置
JP4527833B2 (ja) * 2000-02-28 2010-08-18 株式会社日立製作所 プラズマ処理装置および方法
JP2003068716A (ja) * 2001-08-28 2003-03-07 Hitachi Ltd プラズマ処理装置および処理方法
JP3854909B2 (ja) * 2002-08-06 2006-12-06 株式会社日立製作所 プラズマ処理装置
US6896773B2 (en) * 2002-11-14 2005-05-24 Zond, Inc. High deposition rate sputtering
JP4584565B2 (ja) * 2002-11-26 2010-11-24 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2005079416A (ja) * 2003-09-02 2005-03-24 Hitachi Ltd プラズマ処理装置
JP4672455B2 (ja) * 2004-06-21 2011-04-20 東京エレクトロン株式会社 プラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法、ならびにコンピュータ読み取り可能な記憶媒体
WO2005124844A1 (ja) * 2004-06-21 2005-12-29 Tokyo Electron Limited プラズマ処理装置及び方法
US7740737B2 (en) 2004-06-21 2010-06-22 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus and method
JP4550507B2 (ja) * 2004-07-26 2010-09-22 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置
CN101494151B (zh) * 2009-03-05 2013-11-13 苏州晶能科技有限公司 高效率的一维线性等离子体清洗磁控阴极装置
KR101841236B1 (ko) * 2009-04-03 2018-03-22 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 고압 ｒｆ-ｄｃ 스퍼터링과 이 프로세스의 단차 도포성 및 막 균일성을 개선하기 위한 방법
JP2010287639A (ja) * 2009-06-10 2010-12-24 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置
KR101039232B1 (ko) * 2010-04-27 2011-06-13 김정태 고밀도 플라즈마 발생장치
JP2012216632A (ja) * 2011-03-31 2012-11-08 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理方法、及び素子分離方法
JP2014209406A (ja) * 2011-07-20 2014-11-06 キヤノンアネルバ株式会社 イオンビーム発生装置、およびイオンビームプラズマ処理装置
JP5808697B2 (ja) * 2012-03-01 2015-11-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ ドライエッチング装置及びドライエッチング方法
US20130292057A1 (en) * 2012-04-26 2013-11-07 Applied Materials, Inc. Capacitively coupled plasma source with rf coupled grounded electrode
CN106548918A (zh) * 2016-10-25 2017-03-29 华中科技大学 一种射频和直流混合驱动的磁化容性耦合等离子体源

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002093784A (ja) * 2000-09-13 2002-03-29 Hitachi Ltd プラズマ処理装置および半導体装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI791615B (zh) 2023-02-11
CN109559968B (zh) 2021-04-13
JP6836976B2 (ja) 2021-03-03
CN109559968A (zh) 2019-04-02
KR20190035577A (ko) 2019-04-03
TW201921421A (zh) 2019-06-01
JP2019061848A (ja) 2019-04-18
US20190096639A1 (en) 2019-03-28
US10763087B2 (en) 2020-09-01

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