KR102607692B1 - 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에서는, 스테이지 상의 플라스마의 면내 균일성의 향상이 요구되고 있다. 플라스마 처리 장치는, 처리 용기와 스테이지와 유전체판을 구비하고 있다. 스테이지는, 처리 용기 내에 마련되고, 유전체판은, 복수의 가스 분출용 관통 구멍을 갖고, 유전체판의 상면에는 도전막이 마련되어 있다. 도전막과 스테이지의 사이의 처리 용기 내의 공간을 플라스마 처리 공간으로 한다. 유전체판은, 중앙부 및 외주부를 구비하고, 중앙부 및 외주부의 상면은 평탄부를 구비하고, 중앙부의 두께는 외주부의 두께보다도 크다.

Description

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법
본 개시의 예시적 실시 형태는, 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
전자 디바이스의 제조에 있어서는 플라스마 처리 장치가 사용되고 있다. 일종의 플라스마 처리 장치는, 특허문헌 1에 기재되어 있다. 그 밖의 플라스마 처리 장치는, 특허문헌 2 내지 8에 기재되어 있다. 플라스마 처리 장치로서는, 용량 결합형 플라스마 처리 장치가 알려져 있다. 용량 결합형 플라스마 처리 장치로서, 초단파(VHF)대의 주파수를 갖는 고주파를 플라스마의 생성에 사용하는 플라스마 처리 장치가 주목받고 있다. 또한, VHF대란, 30MHz 내지 300MHz 정도의 범위의 주파수대이다.
일본 특허 공개 제2016-195150호 공보 일본 특허 공개 평9-312268호 공보 일본 특허 공개 제2014-53309호 공보 일본 특허 공개 제2000-323456호 공보 일본 특허 제4364667호 공보 일본 특허 제5317992호 공보 일본 특허 제5367000호 공보 일본 특허 제5513104호 공보
플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 있어서는, 스테이지 상의 플라스마의 면내 균일성의 향상이 요구되고 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치는, 처리 용기와 스테이지와 유전체판을 구비하고 있다. 스테이지는, 처리 용기 내에 마련되고, 유전체판은, 복수의 가스 분출용 관통 구멍을 갖고, 유전체판의 상면에는 도전막이 마련되어 있다. 도전막과 스테이지의 사이의 처리 용기 내의 공간을 플라스마 처리 공간으로 한다. 유전체판은, 중앙부 및 외주부를 구비하고, 중앙부 및 외주부의 상면은 평탄부를 구비하고, 중앙부의 두께는 외주부의 두께보다도 크다.
하나의 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 의하면, 스테이지 상의 플라스마의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 하나의 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 하나의 예시적 실시 형태에 따른 샤워 플레이트의 평면도이다.
도 3은 샤워 플레이트의 중심으로부터의 직경 방향의 거리(x(mm))와 전계(E(V/m))의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 다양한 예시적 실시 형태에 대해서 설명한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치는, 처리 용기와 스테이지와 유전체판을 구비하고 있다. 스테이지는, 처리 용기 내에 마련되고, 유전체판은, 복수의 가스 분출용 관통 구멍을 갖고, 유전체판의 상면에는 도전막이 마련되어 있다. 도전막과 스테이지의 사이의 처리 용기 내의 공간을 플라스마 처리 공간으로 한다. 유전체판은, 중앙부 및 외주부를 구비하고, 중앙부 및 외주부의 상면은 평탄부를 구비하고, 중앙부의 두께는 외주부의 두께보다도 크다.
플라스마를 생성하는 시스 전계는, 스테이지의 중앙부에서 강해지는 경향이 있고, 외주부에서 전계 벡터가 경사져서, 약해지는 경향이 있다. 외주부에 있어서는, 도전막이 마련된 상면은, 상기와 같이 두께를 설정하고 있다. 도전막은, 플라스마 생성 시의 상부 전극으로서 기능하는데, 도전막의 바로 아래의 유전체판을 개재하여 전계를 형성함으로써, 전계 백터의 강도를 보정하여, 시스 전계의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 플라스마의 면내 균일성이 향상된다. 또한, 중앙부의 상면은 평탄하고, 외주부의 상면도 평탄하다. 평탄한 면은 가공이 용이하기 때문에, 이들의 경계에 단차를 형성하는 것만으로, 상술한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 상기 관통 구멍은, 상기 평탄부에 마련할 수 있다. 평탄부는 관통 구멍의 가공이 용이하기 때문에, 정확한, 원하는 위치에 관통 구멍을 배치할 수 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 유전체판은, 중앙부와 외주부의 사이에 단차를 구성하는 천이부를 구비하고, 천이부 상의 도전막의 두께는, 평탄부 상의 도전막의 두께와는 다르다. 스퍼터법을 사용한 경우, 도전막의 재료가 유전체판에 충돌하는 각도가 달라, 도전막의 표면의 법선을 따른 방향으로부터 도전막 재료가 천이부에 있어서의 도전막의 두께는, 평탄부에 있어서의 두께보다도 커진다. 두께가 큰 경우에는, 두께 방향으로 수직으로 흐르는 전류에 대한 저항의 저감 효과가 얻어진다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 유전체판의 관통 구멍의 위치에 배치되는 도전막의 관통 구멍의 형상은, 테이퍼 형상이며, 유전체판을 향하는 방향으로 직경이 작게 되어 있다. 도전막에서의 관통 구멍이 테이퍼 형상이기 때문에, 유전체판의 관통 구멍 내에 가스가 유입되기 쉽고, 또한 도전막 재료가 유전체판의 관통 구멍을 통과하는 가스에 영향을 주기 어렵다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 상기 플라스마 처리 장치를 사용한 플라스마 처리 방법은, 이하의 공정을 구비한다. 즉, 유전체판 아래에 기판을 배치하는 공정과, 도전막에 고주파 전압을 인가(그라운드 등의 고정 전위와의 사이에 인가)시킴으로써 플라스마를 발생시켜, 기판의 표면 처리를 행하는 공정이다. 이 경우, 높은 면내 균일성으로, 기판에 처리를 실시할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 예시적 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일하거나 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하기로 하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 1은, 하나의 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 플라스마 처리 장치(1)는, 처리 용기(10), 스테이지(12), 상부 전극(14), 도전막(141)(상부 전극)을 갖는 샤워 플레이트(18) 및 도입부(16)를 구비하고 있다.
처리 용기(10)는, 대략 원통 형상을 갖는다. 처리 용기(10)는, 연직 방향을 따라 연장되어 있다. 처리 용기(10)의 중심 축선은, 연직 방향으로 연장되는 축선(AX)이다. 처리 용기(10)는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 도체로 형성되어 있다. 처리 용기(10)의 표면 상에는, 내부식성을 갖는 막이 형성되어 있다. 내부식성을 갖는 막은, 예를 들어 산화알루미늄 또는 산화이트륨과 같은 세라믹이다. 처리 용기(10)는 접지되어 있다.
스테이지(12)는 처리 용기(10) 내에 마련되어 있다. 스테이지(12)는, 그 상면 상에 적재된 기판(W)을 대략 수평하게 지지하도록 구성되어 있다. 스테이지(12)는, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 스테이지(12)의 중심 축선은, 축선(AX)에 대략 일치하고 있다.
플라스마 처리 장치(1)는, 배플 부재(13)를 더 구비하고 있어도 된다. 배플 부재(13)는, 스테이지(12)와 처리 용기(10)의 측벽의 사이에서 연장되어 있다. 배플 부재(13)는 대략 환형의 판재이다. 배플 부재(13)는, 예를 들어 산화알루미늄과 같은 절연체로 형성되어 있다. 배플 부재(13)에는, 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다. 복수의 관통 구멍은, 배플 부재(13)를 그 판 두께 방향으로 관통하고 있다. 스테이지(12)의 하방에 있어서 처리 용기(10)에는, 배기구(10e)가 형성되어 있다. 배기구(10e)에는 배기 장치가 접속되어 있다. 배기 장치는, 압력 제어 밸브 그리고 터보 분자 펌프 및/또는 드라이 펌프와 같은 진공 펌프를 포함하고 있다.
상부 전극(14)은, 처리 용기(10) 내의 공간(SP)(플라스마 처리 공간)을 통해서 스테이지(12)의 상방에 마련되어 있다. 상부 전극(14)은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 도체로 형성되어 있다. 상부 전극(14)은, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 상부 전극(14)의 중심 축선은, 축선(AX)에 대략 일치하고 있다. 플라스마 처리 장치(1)는, 스테이지(12)와 상부 전극(14)의 사이의 공간(SP)에서 플라스마를 생성하도록 구성되어 있다.
플라스마 처리 장치(1)는 샤워 플레이트(18)를 더 구비하고 있다. 샤워 플레이트(18)는, 상부 전극(14)의 바로 아래에 마련되어 있다. 샤워 플레이트(18)는, 공간(SP)을 사이에 두고 스테이지(12)의 상면에 대면하고 있다. 공간(SP)은, 샤워 플레이트(18)와 스테이지(12)의 사이의 공간이다. 샤워 플레이트(18)의 본체는, 상부 유전체(181)(유전체판)이다. 샤워 플레이트(18)는, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 샤워 플레이트(18)의 중심 축선은, 축선(AX)에 대략 일치하고 있다. 샤워 플레이트(18)에는, 스테이지(12) 상에 적재된 기판(W)의 전체면에 균등하게 가스를 공급하기 위해서, 복수의 가스 토출 구멍(18h)이 형성되어 있다. 샤워 플레이트(18)의 하면과 스테이지(12)의 상면의 사이의 연직 방향에 있어서의 거리는, 예를 들어 5cm 이상 10cm 이하, 또는 30cm 이하이다.
플라스마 처리 장치(1)에서는, 배플 부재(13)의 상측에서 연장되는 처리 용기(10)의 내벽면의 면적은, 공간(SP)측의 샤워 플레이트(18)의 표면적과 대략 동등하다. 즉, 공간(SP)을 구획 형성하는 면 중 그라운드 전위로 설정된 면(그라운드 면)의 면적은, 공간(SP)을 구획 형성하는 면 중 샤워 플레이트(18)에 의해 제공되는 면의 면적과 대략 동일하다. 이러한 구성에 의해, 플라스마가, 샤워 플레이트의 바로 아래 영역 및 그라운드 면의 주위의 영역에서 균일한 밀도로 생성된다. 그 결과, 기판(W)의 플라스마 처리의 면내 균일성이 향상된다.
샤워 플레이트(18)의 주연부의 외측에는, 도입부(16)가 마련되어 있다. 즉, 도입부(16)는 환 형상을 갖고 있다. 도입부(16)는, 고주파를 공간(SP)에 도입하는 부분이다. 고주파는 VHF파이다. 도입부(16)는, 공간(SP)의 가로 방향 단부에 마련되어 있다. 플라스마 처리 장치(1)는, 도입부(16)에 고주파를 공급하기 위해서, 도파부(20)(도파 통로(RF))를 더 구비하고 있다.
도파부(20)는, 연직 방향을 따라 연장되는 통형 도파로(201)를 제공하고 있다. 도파로(201)의 중심 축선은, 축선(AX)에 대략 일치하고 있다. 도파로(201)의 하방 단부는, 도입부(16)에 접속되어 있다.
도파부(20)의 내벽을 구성하는 상부 전극(14)의 상면에는, 고주파 전원(30)이 정합기(32)를 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(30)은, 상술한 고주파를 발생시키는 전원이다. 정합기(32)는, 고주파 전원(30)의 부하 임피던스를 고주파 전원(30)의 출력 임피던스에 정합시키기 위한 정합 회로를 포함하고 있다.
도파로(201)는, 상부 전극(14)의 외주면과 원통 부재(24)의 내면의 사이의 공간에 의해 제공되어 있으며, 이것들은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 도체로 구성할 수 있다.
도입부(16)는, 상부 전극(14)의 외주 영역의 하면과 처리 용기(10)의 본체의 상단부면의 사이에서 탄성적으로 지지되어 있다. 도입부(16)의 하면과 처리 용기(10)의 본체의 상단부면의 사이에는, 밀봉 부재(25)가 개재하고 있다. 도입부(16)의 상면과 상부 전극(14)의 외주 영역의 하면의 사이에는, 밀봉 부재(26)가 개재하고 있다. 밀봉 부재(25) 및 밀봉 부재(26) 각각은 탄성을 갖는다. 밀봉 부재(25) 및 밀봉 부재(26) 각각은, 축선(AX)의 주위에서 둘레 방향으로 연장되어 있다. 밀봉 부재(25) 및 밀봉 부재(26) 각각은, 예를 들어 고무제의 O링이다.
원통 부재(24)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 도체로 형성되어 있다. 원통 부재(24)는, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 원통 부재(24)의 중심 축선은, 축선(AX)에 대략 일치하고 있다. 원통 부재(24)는 연직 방향으로 연장되어 있다. 원통 부재(24)의 하단은, 처리 용기(10)의 상단에 접속되고, 처리 용기(10)는 접지되어 있다. 따라서, 원통 부재(24)는 접지되어 있다. 원통 부재(24)의 상단에는, 상부 전극(14)의 상면과 함께 도파 통로(RF)를 구성하는 상벽부(221)가 위치하고 있다. 또한, 도파부(20)가 제공하는 도파로는, 접지된 도체에 의해 구성되어 있다.
상부 전극(14)의 하면은 오목부를 구비하고, 상부 전극(14)과 유전체판으로서의 샤워 플레이트(18)의 사이에는, 가스 확산용 공간(225)이 구획 형성되어 있다. 공간(225)에는, 배관(40)이 접속되어 있다. 배관(40)에는, 가스 공급기(42)가 접속되어 있다. 가스 공급기(42)는, 기판(W)의 처리를 위해서 사용되는 1개 이상의 가스원을 포함한다. 또한, 가스 공급기(42)는, 1개 이상의 가스원으로부터의 가스의 유량을 각각 제어하기 위한 1개 이상의 유량 제어기를 포함한다.
배관(40)은 도파부(20)의 도파로를 통해서 공간(225)에 연장되어 있다. 상술한 바와 같이 도파부(20)가 제공하는 모든 도파로는, 접지된 도체에 의해 구성되어 있다. 따라서, 배관(40) 내에서 가스가 여기되는 것이 억제된다. 공간(225)에 공급된 가스는, 샤워 플레이트(18)의 복수의 가스 토출 구멍(18h)을 통해서, 공간(SP)에 토출된다.
플라스마 처리 장치(1)에서는, 고주파 전원(30)으로부터 도파부(20)의 도파로를 통해서 도입부(16)에 고주파가 공급된다. 고주파는 VHF파이다. 고주파는 UHF파이어도 된다. 고주파는, 도입부(16)로부터 축선(AX)을 향해서 공간(SP) 내에 도입된다. 도입부(16)로부터는, 둘레 방향에 있어서 균일한 파워로 고주파가 공간(SP) 내에 도입된다. 고주파가 공간(SP)에 도입되면, 가스가 공간(SP) 내에서 여기되어, 당해 가스로부터 플라스마가 생성된다. 따라서, 플라스마는, 공간(SP) 내에서 둘레 방향에 있어서 균일한 밀도 분포로 생성된다. 스테이지(12) 상의 기판(W)은, 플라스마로부터의 화학종에 의해 처리된다.
또한, 스테이지(12)에는, 정전 척용 도전층과, 히터용 도전층이 마련되어 있다. 스테이지(12)는, 본체와, 정전 척용 도전층과, 히터용 도전층을 갖고 있다. 본체는, 하부 전극으로서 기능시키기 위한 알루미늄 등의 도전체로 이루어지는 것으로 해도 되지만, 일례로서는, 질화알루미늄과 같은 절연체로 형성되어 있다. 본체는 대략 원반 형상을 갖고 있다. 본체의 중심 축선은, 축선(AX)과 대략 일치하고 있다. 스테이지의 도전층은, 도전성을 갖는 재료, 예를 들어 텅스텐으로 형성되어 있다. 이 도전층은, 본체 내에 마련되어 있다. 스테이지(12)는 1개 이상의 도전층을 갖고 있어도 된다. 직류 전원으로부터의 직류 전압이, 정전 척용 도전층에 인가되면, 스테이지(12)와 기판(W)의 사이에서 정전 인력이 발생한다. 발생한 정전 인력에 의해, 기판(W)은 스테이지(12)에 끌어 당겨져서, 스테이지(12)에 의해 보유 지지된다. 다른 실시 형태에 있어서, 이 도전층은, 고주파 전극이어도 된다. 이 경우에는, 도전층에는, 고주파 전원이 정합기를 통해서 전기적으로 접속된다. 또한 다른 실시 형태에 있어서, 도전층은, 접지되는 전극이어도 된다. 이러한 절연체에 매립된 도전층은, 상부 전극과의 사이의 전계를 형성하기 위한 하부 전극으로서도 기능시킬 수 있다.
실시 형태에서는, 처리 용기(10)의 벌크의 상부 전극(14)을 구성하는 상부 벽의 하방에, 가스 확산용 공간(225)을 사이에 두고, 유전체로 이루어지는 샤워 플레이트(18)가 배치된다. 이 상부 벽의 하면은, 오목부를 갖고 있으며, 오목부 내를, 가스 공급기(42)로부터의 가스가 유통한다. 배관(40)은 오목부 내의 가스 확산용 공간(225)에 접속되어 있다. 가스 확산용 공간(225)의 하방에는, 샤워 플레이트(18)의 가스 토출 구멍(18h)이 위치하고 있다. 1개 또는 복수의 오목부의 형상은, 원형이어도 되고, 링형이어도 되지만, 모든 오목부는 수평 방향으로 가스가 확산하도록 연통하고 있다.
실시 형태에 있어서, 상부 유전체(181)로서의 유전체판에는, 복수의 가스 토출 구멍(18h)이 형성되어 있다. 가스 토출 구멍(18h)은, 가스 공급기(42)로부터의 가스를 공간(SP)에 토출하는 구멍이다. 복수의 가스 토출 구멍(18h) 각각은, 유전체판의 상면으로부터 하면에 이르기까지 유전체판을 관통하고 있다. 복수의 가스 토출 구멍 각각은, 서로 연통하는 상부 구멍(18h1)과 하부 구멍(18h2)을 구비한다. 상부 구멍(18h1)은, 유전체판의 상면에 마련된다. 하부 구멍(18h2)은, 유전체판의 하면에 마련된다. 가스 토출 구멍(18h)에 있어서, 상부 구멍(18h1)은 대경의 부위이며, 하부 구멍(18h2)은 소경의 부위이다. 상부 구멍(18h1)의 직경은, 하부 구멍(18h2)의 직경보다도 크다.
복수의 가스 토출 구멍(18h) 각각에 있어서, 소경의 하부 구멍(18h2)은, 대경의 상부 구멍(18h1)의 하방으로 연장되어 있어, 대경의 상부 구멍(18h1)에 연통하고 있다. 상부 구멍(18h1)은, 공간(225)에 연통하고 있다. 하부 구멍(18h2)은, 공간(SP)에 연통하고 있다. 복수의 가스 토출 구멍(18h)은, 그것들이 형성되어 있는 개소의 유전체판의 두께의 크기에 따라 길이가 커지도록 조정된 대경의 상부 구멍(18h1)을 갖는다. 복수의 가스 토출 구멍(18h)에 있어서, 복수의 하부 구멍(18h2)의 길이(L1)는, 서로 고르게 되어 있어, 서로 대략 동일하다.
샤워 플레이트(18)의 본체인 유전체판(상부 유전체(181))은, 예를 들어 세라믹스로 이루어지는 유전체로 이루어진다. 상부 유전체(181)의 상면 상에는, 상부 전극으로서 기능하는 도전막(141)이 마련되어 있다. 도전막(141)의 외주부의 상면 상에는, 환형의 시일재(126)가 1개 또는 복수 마련되어 있다. 본 예에서는, 복수의 시일재(126) 중, 내측에 위치하는 것은 탄성 부재(O링)이며, 외측에 위치하는 것은 도전성 탄성 부재(스파이럴 실드)이다. 또한, 내측의 시일재(126)의 하방의 위치에 있어서, 상부 유전체(181)와 도입부(16)의 사이에, 다른 시일재(125)로서, 탄성 부재(O링)가 마련되어 있다. 상부 전극으로서의 도전막(141)은, 시일재(126)를 개재하여, 벌크의 상부 전극(14)의 하면에 접촉하여, 이것에 전기적으로 접속되어 있다. 벌크의 상부 전극(14)은, 정합기(32)를 통해서 고주파 전원(30)에 접속되어 있으므로, 도전막(141)에는, 그라운드 전위와의 사이에 고주파 전압이 부여된다.
유전체판으로서의 상부 유전체(181)의 재료는 세라믹스이다. 상부 유전체(181)를 구성하는 재료는, 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화이트륨(Y2O3)으로 이루어지는 유전체 군 중 적어도 어느 1종을 포함할 수 있다. 본 예에서는 질화알루미늄인 것으로 하지만, 유전체의 재료로서는, 그 밖의 재료를 사용할 수도 있다.
도전막(141)의 재료는, 예를 들어 알루미늄, 니켈, 스테인리스, 텅스텐, 몰리브덴, 구리, 또는 금이다. 도전막 재료는, 용사법, 스퍼터법 또는 화학적 기상 성장(CVD)법에 의해, 상부 유전체(181)의 상면 상에 퇴적할 수 있다.
또한, 샤워 플레이트를 구성하는 상부 유전체(181)(유전체판)의 적어도 하면에는, 내부식성을 갖는 막이 형성되어 있어도 된다. 내부식성을 갖는 막은, 산화이트륨막, 옥시불화이트륨 및 불화이트륨으로 이루어지는 군 중 적어도 어느 1종을 포함할 수 있다. 내부식성을 갖는 막은, 그 밖의 세라믹 재료를 사용할 수도 있다.
도 2는, 하나의 예시적 실시 형태에 따른 샤워 플레이트의 평면도이다.
샤워 플레이트(18)의 본체는, 유전체판으로서의 상부 유전체(181)이며, 평면으로 보아, 중앙부(Rc), 천이부(Rt), 외주부(Rp)의 3개의 영역을 갖고 있다. 중앙부(Rc)를 둘러싸도록, 천이부(Rt) 및 외주부(Rp)가 동심원 형상으로 배치되어 있다. 중앙부(Rc)의 상면 및 하면은, 평탄하고, 일정 두께(Dc)를 갖는다. 외주부(Rp)의 상면 및 하면은, 평탄하고, 일정 두께(Dp)를 갖는다. 천이부(Rt)의 상면은 중앙부(Rc)와 외주부(Rp)를 접속하는 경사면을 포함하는 면이며, 천이부(Rt)의 하면은 평탄하다. 천이부(Rt)의 두께(Dt)는, 중앙부(Rc)로부터 이격됨에 따라서 감소한다. 도 2에서는, 천이부(Rt)의 측면 형상은, 원기둥의 측면인 원통면 상에, 이것과 동일한 직경의 저면을 갖는 원뿔대의 측면이 연속된 형상이다. 천이부(Rt)는, 중앙부(Rc)와 외주부(Rp)의 사이의 경계 단차부의 모퉁이부를 모따기 연마하여, 모퉁이부에 R을 형성한 것으로 이루어지는 것으로 해도 된다. 천이부(Rt)의 측면 형상은, 단순한 원뿔대의 측면이어도 된다.
이와 같이, 샤워 플레이트(18)는, 상부 유전체(181)와 도전막(141)을 구비한다. 상부 유전체(181)는, 복수의 가스 분출용 관통 구멍(가스 토출 구멍)을 갖는다. 도전막은, 상부 유전체(181)의 상면에 마련되고, 상부 유전체(181)의 관통 구멍에 정렬된 구멍을 갖고 있다. 상부 유전체(181)의 상면은, 상부 유전체(181)의 중앙부(Rc)와 외주부(Rp)의 사이에, 외주부(Rp)가 중앙부(Rc)에 비하여 낮아지는 단차를 갖고 있다. 플라스마를 생성하는 시스 전계는, 스테이지의 중앙부에서 강해지는 경향이 있고, 외주부(Rp)에서 전계 벡터가 경사져서, 약해지는 경향이 있다. 외주부(Rp)에 있어서는, 도전막(141)이 마련된 상면은, 상기와 같이 단차를 갖고 있다. 도전막(141)은, 플라스마 생성 시의 상부 전극으로서 기능하는데, 도전막(141)의 바로 아래의 상부 유전체(181)를 개재하여 전계를 형성함으로써, 전계 백터의 강도를 보정하여, 시스 전계의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 플라스마의 면내 균일성이 향상된다.
또한, 상부 유전체(181)의 하면은 평탄하다. 또한, 유전체판으로서의 상부 유전체(181)는, 중앙부(Rc) 및 외주부(Rp)를 구비하고, 중앙부(Rc) 및 외주부(Rp)의 상면은 평탄하여, 이것을 평탄부라 한다. 중앙부(Rc)의 두께는, 외주부(Rp)의 두께보다도 크다. 또한, 상기 가스 토출 구멍(관통 구멍)은 평탄부에 마련되어 있다. 또한, 중앙부의 상면은 평탄하고, 외주부의 상면도 평탄하다. 평탄한 면은 가공이 용이하기 때문에, 이들의 경계에 단차를 형성하는 것만으로, 상술한 작용 효과를 발휘할 수 있다. 가스 토출 구멍(18h)(관통 구멍)은, 상기 평탄부에 마련할 수 있다. 평탄부는 관통 구멍의 가공이 용이하기 때문에, 정확한, 원하는 위치에 관통 구멍을 배치할 수 있다.
또한, 유전체판으로서의 상부 유전체(181)는, 중앙부(Rc)와 외주부(Rp)의 사이에 단차를 구성하는 천이부(Rt)를 구비하고 있고, 천이부(Rt) 상의 도전막(141)의 두께는, 상기 평탄부 상의 도전막(141)의 두께와는 다르다. 스퍼터법을 사용한 경우, 도전막(141)의 재료가 유전체판에 충돌하는 각도가 달라, 도전막(141)의 표면의 법선을 따른 방향으로부터 도전막 재료가 천이부에 있어서의 도전막의 두께는, 평탄부에 있어서의 두께보다도 커진다. 두께가 큰 경우에는, 두께 방향으로 수직으로 흐르는 전류에 대한 저항의 저감 효과가 얻어진다.
유전체판으로서의 상부 유전체(181)의 관통 구멍(가스 토출 구멍(18h))과, 도전막(141)의 관통 구멍은, 상하 방향으로 정렬되어 있다. 유전체판의 가스 토출 구멍(18h)의 위치에 배치되는 도전막(141)의 관통 구멍의 형상은, 테이퍼 형상이며, 유전체판을 향하는 방향으로 직경이 작게 되어 있다. 도전막(141)이 테이퍼 형상이기 때문에, 유전체판의 가스 토출 구멍(18h) 내에 가스가 유입되기 쉽고, 또한 도전막 재료가 유전체판의 가스 토출 구멍(18h)을 통과하는 가스에 영향을 주기 어렵다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 상기 플라스마 처리 장치를 사용한 플라스마 처리 방법은, 유전체판 아래에 기판을 배치하는 공정과, 도전막에 고주파 전압을 인가시킴(그라운드와의 사이에 인가)으로써 플라스마를 발생시켜, 기판의 표면 처리를 행하는 공정을 구비한다. 이 경우, 높은 면내 균일성으로, 기판에 처리를 실시할 수 있다. 표면 처리는, 처리 용기 내에 도입되는 가스의 종류에 따라 다르며, 에칭 가스라면 기판 표면이 에칭되고, 성막용 가스라면, 기판 표면에 가스종에 따른 막이 형성된다.
도 3은, 샤워 플레이트의 중심으로부터의 직경 방향의 거리(x(mm))와, 전계(E(V/m))의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 전계(E)는, 샤워 플레이트 아래에 형성되는 시스 전계이다. 샤워 플레이트(18)의 중심으로부터 직경 방향의 거리를 x라 한다.
동 도면에는, 실시예 1과 비교예의 데이터가 도시되어 있다. 실시예 1에서는, 고주파 전압으로서 VHF파를 사용하여, 도전막(141)과 그라운드 전위의 사이에 플라스마 생성용 고주파 전압을 인가하였다. 중앙부(Rc)의 중심 바로 아래에서 생성되는 시스 전계(EC)와 외주부(Rp)의 바로 아래에서 생성되는 시스 전계(EP)의 차를 ΔE=(EC-EP)라 하면, ΔE=(EC-EP)의 절댓값은, 본 예에서는 3.5×104(V/m) 이하로 되어 있다. 또한, 실시예 1에서, 유전체판으로서의 상부 유전체(181)의 직경은 300mm, 재료는 AlN이며, 중앙부(Rc)의 두께(Dc)는 2.0cm, 외주부(Rp)의 두께(Dp)는 0.5cm이다. 도전막은 Al의 용사에 의해 형성하였다. 비교예에서는, 실시예 1과 달리, 유전체판의 두께는 일정하며, 0.5cm로 하였다. 그래프로부터 명백해진 바와 같이, 비교예에서는, 시스 전계는, 중앙부와 외주부에서는 크게 다르지만(ΔE≒1×103(V/m)), 실시예 1에서는, 전계의 차(ΔE)는, 비교예보다도 현저하게 작게 되어 있다. 또한, 본 예에서는, Dc-Dp의 값이 1.5cm 이상, 2.0cm 이하이면, 플라스마의 면내 균일성이 높아진다고 생각된다.
상술한 플라스마 처리 장치는, 샤워 플레이트(18)와, 하부 전극(스테이지(12) 또는 스테이지 내장의 도전층)을 구비하고 있다. 처리 용기(10)는, 샤워 플레이트(18) 및 하부 전극을 수용하고 있다. 상부 전극으로서의 도전막(141)과 하부 전극의 사이에 고주파 전압이 부여되므로, 이들 사이에는 플라스마가 발생한다. 상기 단차, 즉 상부 유전체(181)의 하면과 도전막(141)의 사이의 거리에 따라, 전계 벡터의 배향이나 강도를 조정하는 것이 가능하다. 이 조정에 의해, 플라스마의 면내 균일성을 높일 수 있다. 또한, 중앙부는 평탄하고, 외주부도 평탄하다. 평탄한 면은 가공이 용이하기 때문에, 이들의 경계에 단차를 형성하는 것만으로, 상술한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 상기에서는, 샤워 플레이트(18)의 상면의 단차 수는 1개이었지만, 이것은 2 이상이어도 된다. 단차의 수가 적을수록, 단차의 가공 공정수가 적다는 이점이 있고, 단차의 수가 많은 경우에는, 더욱 정밀한 전계 차의 제어가 가능하다는 이점이 있다.
이상, 다양한 예시적 실시 형태에 대해서 설명해 왔지만, 상술한 예시적 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 생략, 치환 및 변경이 이루어져도 된다. 또한, 다른 실시 형태에서의 요소를 조합해서 다른 실시 형태를 형성하는 것이 가능하다. 또한, 이상의 설명으로부터, 본 개시의 다양한 실시 형태는, 설명의 목적을 위해 본 명세서에서 설명되어 있으며, 본 개시의 범위 및 주지로부터 일탈하지 않고 다양한 변경을 이룰 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시한 다양한 실시 형태는 한정되는 것을 의도하지 않으며, 참된 범위와 주지는, 첨부의 특허 청구 범위에 의해 나타내어진다.
1: 플라스마 처리 장치 10: 처리 용기
10e: 배기구 12: 스테이지(하부 전극)
14: 상부 전극 141: 도전막(상부 전극)
16: 도입부 18: 샤워 플레이트
181: 유전체판(상부 유전체) 18h: 가스 토출 구멍
24: 원통 부재 25: 밀봉 부재
26: 밀봉 부재 30: 고주파 전원
32: 정합기 40: 배관
42: 가스 공급기 201: 도파로
225: 공간 RF: 도파 통로
SP: 공간 W: 기판

Claims (5)

  1. 처리 용기와 스테이지와 유전체판을 포함하고,
    상기 스테이지는, 상기 처리 용기 내에 마련되고,
    상기 유전체판은, 복수의 가스 분출용 관통 구멍을 갖고,
    상기 유전체판은, 중앙부 및 외주부를 구비하고,
    상기 유전체판의 상기 중앙부로부터 상기 외주부의 상면에는 도전막이 마련되고,
    상기 도전막과 상기 스테이지의 사이의 상기 처리 용기 내의 공간을 플라스마 처리 공간으로 하고,
    상기 중앙부 및 상기 외주부의 상면은 평탄부를 구비하고,
    상기 중앙부의 두께는 상기 외주부의 두께보다도 크고,
    상기 유전체판은, 상기 중앙부와 상기 외주부의 사이에 단차를 구성하는 천이부를 구비하고,
    상기 천이부의 상면은 상기 중앙부와 상기 외주부를 접속하는 경사면을 포함하는 면이며, 상기 천이부의 하면은 평탄하고,
    상기 천이부 상의 상기 도전막의 두께는, 상기 평탄부 상의 상기 도전막의 두께보다 큰,
    플라스마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 관통 구멍은, 상기 평탄부에 마련되어 있는, 플라스마 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유전체판의 상기 관통 구멍의 위치에 배치되는 상기 도전막의 관통 구멍의 형상은, 테이퍼 형상이며, 상기 유전체판을 향하는 방향으로 직경이 작게 되어 있는, 플라스마 처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 기재된 플라스마 처리 장치를 사용한 플라스마 처리 방법에 있어서,
    상기 유전체판 아래에 기판을 배치하는 공정과,
    상기 도전막에 고주파 전압을 인가시킴으로써 플라스마를 발생시켜, 상기 기판의 표면 처리를 행하는 공정
    을 포함하는 플라스마 처리 방법.
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