KR20010052447A - Plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명의 플라즈마처리장치는, 내부가 진공상태로 유지가능한 챔버와, 상기챔버내를 진공배기하는 배기기구와, 상기 챔버내로 처리가스를 도입하는 가스도입기구와, 상기 챔버내에 배치되어 피처리체를 지지하는 하부전극과, 상기 하부전극에 대향하여 설치된 상부전극을 구비한다. 상기 챔버밖에는, 고주파전원이 설치되고, 급전부재가, 상기 고주파전원으로부터 상기 하부전극에 이르고 있다. 급전부재를 통해 하부전극에 인가되는 고주파전원에 의해서 상부전극 및 하부전극의 사이에 형성되는 처리가스의 플라즈마로부터, 적어도 챔버내벽을 통하여 고주파전원으로 되돌아가는 리턴전류회로의 임피던스가, 임피던스조정수단에 의해서 조정된다.A plasma processing apparatus of the present invention includes: a chamber capable of maintaining an interior of a vacuum state; an exhaust mechanism for evacuating the chamber; a gas introduction mechanism for introducing a process gas into the chamber; A lower electrode for supporting the lower electrode, and an upper electrode facing the lower electrode. A high frequency power source is provided outside the chamber, and a power supply member reaches the lower electrode from the high frequency power source. The impedance of the return current circuit returning from the plasma of the process gas formed between the upper electrode and the lower electrode to the high frequency power source through at least the inner wall of the chamber by the high frequency power source applied to the lower electrode through the power supply member, .
Description
반도체디바이스의 제조에 있어서는, 드라이에칭이나 플라즈마 CVD (Chemica1 Vapor Deposition)등의 플라즈마처리가 많이 사용되어 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] Plasma processing such as dry etching or plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) is widely used in the manufacture of semiconductor devices.
이러한 플라즈마처리를 행하는 장치로서, 예컨대, 도 7에 나타낸 바와 같은 것이 사용하고 있다. 도 7중, 참조부호 1 은 접지된 챔버를 나타낸다. 이 챔버(1)내에는, 피처리체인 반도체웨이퍼 W를 수평으로 지지하기위한 하부전극(2)이 설치된다. 하부전극(2)은, 절연부재(3)를 통해 금속제의 지지대(4)에 재치되어 있다. 그리고, 하부전극(2)과 지지대(4)와는, 도시하지 않은 승강기구에 의해 승강가능하도록 되어 있다. 지지대(4)의 외측에는, 가스확산용의 배플판(5)이 설치된다. 지지대(4)의 아래쪽 중앙의 대기(大氣)부분은, 벨로우즈(6)로 덮여있다. 이 벨로우즈 (6)는, 진공부분과 대기부분을 분리하고 있다. 벨로우즈(6)의 외측에는, 하부재 (7a)와 상부재(7b)와로 이루어지는 벨로우즈커버(7)가 설치되어 있다.As an apparatus for performing such a plasma treatment, for example, one shown in Fig. 7 is used. In Fig. 7, reference numeral 1 denotes a grounded chamber. In the chamber 1, a lower electrode 2 for horizontally supporting a semiconductor wafer W to be processed is provided. The lower electrode 2 is placed on a support 4 made of metal through an insulating member 3. The lower electrode 2 and the support base 4 can be raised and lowered by an elevating mechanism (not shown). On the outside of the support base 4, a baffle plate 5 for gas diffusion is provided. A large portion at the center of the lower portion of the support table 4 is covered with the bellows 6. The bellows 6 separates the vacuum part from the atmosphere part. On the outside of the bellows 6, a bellows cover 7 composed of a lower member 7a and an upper member 7b is provided.
하부전극(2)에는, 챔버(1)의 아래쪽으로 설정된 고주파전원(11)이, 정합기(整合器:10) 및 급전봉(8)을 통해 접속되어 있다. 급전봉(8)의 주위에는, 지지대(4)로부터 아래쪽으로 연장된 금속제의 접지파이프(9)가 설치된다. 접지파이프(9)와 챔버(1)와의 사이에는, 이들 사이의 도통을 취하도록 슬라이드 콘택트(26)가 설치된다. 이 경우, 슬라이드 콘택트(26)는, 그의 내주에 다수개의 탄력성을 갖는 접촉자를 갖고 있고, 슬라이드 콘택트(26)내를 접지파이프(9)가 미끄럼 이동하더라도, 접지파이프(9)와 슬라이드 콘택트(26), 즉 챔버(1)와의 사이의 안정된 전기적 도통을 얻을 수 있도록 되어 있다. 또한, 하부전극(2)에는 냉매통로(13)가 형성되어 있고, 냉매공급관(14)을 통해 냉매가 유통되도록 되어 있다.A high frequency power source 11 set below the chamber 1 is connected to the lower electrode 2 through a matching device 10 and a power supply rod 8. A ground pipe 9 made of metal extending downward from the support base 4 is provided around the power feed rod 8. Between the ground pipe 9 and the chamber 1, a slide contact 26 is provided to establish conduction therebetween. In this case, the slide contact 26 has a plurality of resilient contacts on the inner periphery thereof. Even if the ground pipe 9 slides in the slide contact 26, the ground pipe 9 and the slide contact 26 , That is, stable electric conduction between the chamber 1 and the substrate 1 can be obtained. The lower electrode 2 is provided with a coolant passage 13 through which the coolant flows.
챔버(1)의 천정벽에는, 하부전극(2)에 대향하도록 샤워헤드(16)가 설치된다. 가스도입부(18)로부터 도입되는 처리가스는, 그 아래면에 설정된 다수의 가스토출공(17)으로부터 반도체웨이퍼 W 로 향하여 토출된다.On the ceiling wall of the chamber 1, a shower head 16 is provided so as to face the lower electrode 2. [ The processing gas introduced from the gas introducing portion 18 is discharged from the plurality of gas discharging holes 17 set on the lower surface toward the semiconductor wafer W.
또한, 참조부호 22는, 게이트밸브(23)에 의해 개폐가능한 반도체웨이퍼 W의 반입반출용의 반송포트이다. 또한, 참조부호 24는, 챔버(1)내를 진공배기하기 위한 배기포트이다.Reference numeral 22 denotes a transport port for carrying in and carrying out the semiconductor wafer W which can be opened and closed by the gate valve 23. [ Reference numeral 24 denotes an exhaust port for evacuating the inside of the chamber 1.
이러한 장치에 있어서는, 우선, 반도체웨이퍼 W가, 반송포트(22)로부터 반송위치에 있는 하부전극(2)으로 반송된다. 이어서, 승강기구에 의해 하부전극(2)이 상승되어, 반도체웨이퍼 W가 처리위치에 배치된다. 반도체웨이퍼 W는, 도시하지 않은 정전척에 의해 하부전극(2)에 흡착유지된다.In such an apparatus, first, the semiconductor wafer W is transported from the transport port 22 to the lower electrode 2 at the transport position. Then, the lower electrode 2 is raised by the elevating mechanism so that the semiconductor wafer W is disposed at the processing position. The semiconductor wafer W is adsorbed and held on the lower electrode 2 by an electrostatic chuck (not shown).
그 후, 배기포트(24)를 통해, 챔버(1)내가 소정의 진공도에 유지되고, 샤워헤드(16)로부터 챔버(1)내로 소정의 처리가스가 도입된다. 또한, 고주파전원(11)으로부터 정합기(10)및 급전봉(8)를 통해 하부전극(2)에 고주파가 인가되고, 플라즈마가 생성되어, 반도체웨이퍼 W에 소정의 플라즈마처리가 실시된다.Thereafter, through the exhaust port 24, the chamber 1 is maintained at a predetermined degree of vacuum, and a predetermined process gas is introduced into the chamber 1 from the showerhead 16. [ A high frequency is applied from the high frequency power source 11 to the lower electrode 2 through the matching unit 10 and the power supply rod 8 to generate a plasma and the semiconductor wafer W is subjected to a predetermined plasma treatment.
그런데, 고주파전류가 도체의 표면가까이에만 국부적으로 존재한다고 하는 표피효과에 의해, 고주파전원(11)으로부터 하부전극(2)에 인가된 고주파전류의 리턴전류는, 도면중의 화살표를 따라서, 챔버(1)의 내벽을 통하여 저벽에 달한다. 여기서, 챔버(1)의 저벽과 벨로우즈커버(7)및 벨로우즈(6)와는 스프링멈춤되어 있고, 서로 도통하고 있다. 따라서, 리턴전류는, 챔버(1)의 저벽으로부터, 벨로우즈커버 (7)의 하부재(7a)의 표면, 벨로우즈(6)의 외측, 벨로우즈커버(7)의 상부재(7b)의 표면, 지지대(4)의 표면 및 접지파이프(9)의 안쪽을 통하여 고주파전원(11)으로 되돌아간다. 슬라이드 콘택트(26)와 접지파이프(9)와의 접촉임피던스가, 벨로우즈(6)근방의 전류경로의 임피던스보다 높기때문에, 슬라이드 콘택트(26)를 흐르는 전류는 얼마 안된다.The return current of the high-frequency current applied from the high-frequency power supply 11 to the lower electrode 2 due to the skin effect that the high-frequency current exists locally only in the vicinity of the surface of the conductor, 1) to reach the bottom wall. Here, the bottom wall of the chamber 1, the bellows cover 7 and the bellows 6 are spring-stopped, and are electrically connected to each other. Therefore, the return current flows from the bottom wall of the chamber 1 to the surface of the lower member 7a of the bellows cover 7, the outer side of the bellows 6, the surface of the upper member 7b of the bellows cover 7, (11) through the surface of the ground pipe (4) and the inside of the ground pipe (9). Since the contact impedance between the slide contact 26 and the ground pipe 9 is higher than the impedance of the current path in the vicinity of the bellows 6, the current flowing through the slide contact 26 is small.
따라서, 대부분의 리턴전류는, 벨로우즈(6)에 흐른다. 이 때문에, 벨로우즈 (6)의 양끝단에서 큰 전위차가 생겨, 예컨대 벨로우즈커버(7)의 상부재(7b)와 하부재(7a)와의 사이나, 지지대(4)의 주변부분에서 이상방전이 발생하고, 플라즈마 누설등이 생긴다. 이 때문에, 반도체웨이퍼 W 상에서의 플라즈마밀도가 저하할 수 있다. 또한, 이와 같이 이상방전이 발생하면, 처리에 악영향을 미치게 한다. 그렇지만, 이러한 이상방전은, 플라즈마처리중에는 파악될 수 없다.Therefore, most of the return current flows in the bellows 6. For this reason, a large potential difference is generated at both ends of the bellows 6, for example, an anomalous discharge occurs in the yarn between the upper member 7b and the lower member 7a of the bellows cover 7, And plasma leakage occurs. Therefore, the plasma density on the semiconductor wafer W may be lowered. Further, when such an abnormal discharge occurs, the treatment is adversely affected. However, such an abnormal discharge can not be grasped during plasma processing.
본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것이며, 고주파전류의 리턴전류에의한 이상방전이 생기기 어려운 플라즈마처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이상방전같은 플라즈마의 이상상태를, 플라즈마처리중에 파악할 수가 있는 플라즈마처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus which is less liable to generate an abnormal discharge due to a return current of a high frequency current. Another object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of grasping an abnormal state of a plasma such as an abnormal discharge during plasma processing.
[발명의 요지][Summary of the Invention]
상기 과제를 해결하기위해서, 본 발명의 플라즈마처리장치는,In order to solve the above problems, the plasma processing apparatus of the present invention comprises:
내부가 진공상태로 유지가능한 챔버와,A chamber in which the interior can be maintained in a vacuum state,
상기 챔버내를 진공배기하는 배기기구와,An exhaust mechanism for evacuating the inside of the chamber,
상기 챔버내로 처리가스를 도입하는 가스도입기구와,A gas introducing mechanism for introducing the process gas into the chamber,
상기 챔버내에 배치되어, 피처리체를 지지하는 하부전극과,A lower electrode disposed in the chamber and supporting the object to be processed,
상기하부전극에 대향하여 설치된 상부전극과,An upper electrode disposed opposite to the lower electrode,
상기 챔버밖에 설치된 고주파전원과,A high frequency power source installed outside the chamber,
상기 고주파전원으로부터 상기하부전극에 달하는 급전부재와,A power supply member extending from the high-frequency power supply to the lower electrode,
급전부재를 통해 하부전극에 인가되는 고주파전원에 의해서 상부전극 및 하부전극의 사이에 형성되는 처리가스의 플라즈마로부터, 적어도 챔버 내벽을 통하여 고주파전원으로 되돌아가는 리턴전류회로의 임피던스를 조정하는 임피던스조정수단을 구비한 것을 특징으로 한다.An impedance adjusting means for adjusting an impedance of a return current circuit returning from the plasma of the process gas formed between the upper electrode and the lower electrode by the high frequency power source applied to the lower electrode through the power supply member at least through the inner wall of the chamber, And a control unit.
이와 같이, 플라즈마로부터 적어도 챔버내벽을 통하여 고주파전원으로 되돌아가는 리턴전류회로의 임피던스를 조정하는 임피던스조정수단을 설치하여, 리턴전류회로의 임피던스를 최적치로 설정함으로써, 하부전극의 주변에서의 이상방전 및 플라즈마누설을 경감할 수가 있다.By providing the impedance adjusting means for adjusting the impedance of the return current circuit returned from the plasma at least through the inner wall of the chamber to the high frequency power source and setting the impedance of the return current circuit to the optimum value, The plasma leakage can be reduced.
이 경우에, 임피던스조정수단으로서, 용량이 가변인 콘덴서를 설치할 수 있다. 이 경우, 콘덴서의 용량을 조정함에 의해, 용이하게 임피던스를 최적치로 조정할 수가 있다. 이와 같이 콘덴서의 용량을 조정하여 임피던스를 제어함으로써, 리턴전류회로의 장치간 오차(제조오차등)를 조정하는 것이 가능해진다. 또한, 장치를 장기간 사용함에 의해 임피던스가 시간 경과에 따라 변화하더라도, 콘덴서용량을 조정함에 의해 적정한 값으로 조정할 수가 있다.In this case, a capacitor having a variable capacitance can be provided as the impedance adjusting means. In this case, by adjusting the capacitance of the capacitor, the impedance can be easily adjusted to the optimum value. By adjusting the capacitance of the capacitor and controlling the impedance in this manner, it is possible to adjust the error (manufacturing error, etc.) between the devices of the return current circuit. In addition, even if the impedance changes over time due to the use of the device for a long period of time, it can be adjusted to an appropriate value by adjusting the capacitance of the capacitor.
또한, 상기플라즈마장치에, 플라즈마처리장치가 정상상태에 있을 때에는 플라즈마발광이 실질적으로 관찰되지 않은 챔버내영역에서의 플라즈마발광을 검출하는 검출기와, 이 검출기의 출력에 따라서 상기콘덴서의 용량을 조정하는 제어수단을 부가하는 것이 바람직하다. 이 경우, 검출기에 의해서 이상방전에 동반하는 플라즈마발광을 검출한 시점에서, 콘덴서용량을 조정하여 이상방전을 해소할 수가 있어, 리턴전류회로의 임피던스를 리얼타임으로 이상방전이 생기지 않은 적정치로 제어할 수가 있다.The plasma apparatus may further include a detector for detecting plasma emission in an area in the chamber where plasma emission is not substantially observed when the plasma processing apparatus is in a steady state and a controller for controlling the capacity of the condenser according to the output of the detector It is preferable to add a control means. In this case, at the time when the detector detects the plasma emission accompanying the abnormal discharge, the capacitor capacity can be adjusted to eliminate the abnormal discharge, and the impedance of the return current circuit can be controlled to a proper value in which no abnormal discharge occurs in real time I can do it.
바람직하게는, 하부전극을 상기챔버내에서 승강시키는 승강기구를 더욱 구비한다.Preferably, the apparatus further includes an elevating mechanism for elevating and lowering the lower electrode in the chamber.
이 경우, 바람직하게는, 상기 승강기구는, 상기 하부전극의 아래쪽으로 연장되는 구동부를 갖고 있으며, 상기 하부전극의 아래면과 상기 챔버내의 저면과의 사이에 신축가능하게 설치됨과 함께, 상기 구동부를 상기 챔버내로부터 격리하는 도전성의 벨로우즈를 더욱 구비한다.In this case, it is preferable that the elevating mechanism has a driving portion extending downwardly of the lower electrode, and is disposed between the lower surface of the lower electrode and the bottom surface in the chamber so as to be stretchable, And further comprises a conductive bellows which is isolated from the chamber.
이 경우, 바람직하게는, 상기 급전부재는, 상기구동부의 일부를 형성하는 막대부재이다. 또한, 바람직하게는, 상기 급전부재의 주위에는, 상기구동부의 일부를 형성하는 접지파이프가 설치된다.In this case, preferably, the power supply member is a rod member forming a part of the driving portion. Preferably, a grounding pipe is formed around the power supply member to form a part of the driving unit.
이 경우, 상기 챔버의 저벽과 상기 접지파이프와의 사이에는, 양자의 미끄럼운동과 안정인 전기적 도통을 실현시키는 슬라이드 콘택트가 설치되는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that a slide contact is provided between the bottom wall of the chamber and the ground pipe to realize both sliding motion and stable electrical conduction.
이 경우, 임피던스조정수단은, 적어도 챔버내벽을 통하다 고주파전원으로 되돌아가는 리턴전류를 상기 벨로우즈측과 상기 접지파이프측으로 분류(分流)함과 함께, 그들 리턴전류회로의 임피던스를 조정하도록 되어 있는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the impedance adjusting means divides (divides) the return current passing through at least the inner wall of the chamber into the bellows side and the ground pipe side, and adjusts the impedance of the return current circuit Do.
이와 같이, 임피던스조정수단이, 플라즈마로부터 고주파전원에 되돌아가는 리턴전류를, 챔버내벽으로부터 상기 벨로우즈와 상기 접지파이프로 분류시켜, 리턴전류회로의 임피던스를 저하시킴으로써, 벨로우즈 양끝단에 걸리는 전위차 및 챔버내벽과 고주파의 접지부와의 사이의 전위차를 감소시킬 수 있으며, 결과적으로, 하부전극의 주변에서의 이상방전 및 플라즈마누설을 경감할 수가 있다. 임피던스 조정수단으로서는, 상기 챔버의 저벽과 상기 벨로우즈와의 사이에 설치된 소정용량의 콘덴서를 갖는 것이 호적이다. 이와 같이 콘덴서를 사용함으로써, 벨로우즈측으로 흐르는 전류를 조정하는 것이 가능하고, 플라즈마로부터 고주파전원에 되돌아가는 리턴전류를, 챔버내벽으로부터 상기 벨로우즈와 상기 접지파이프에 효과적으로 분류시키는 것이 가능해진다.As described above, the impedance adjusting means divides the return current returning from the plasma to the high-frequency power supply into the bellows and the grounding pipe from the inner wall of the chamber to lower the impedance of the return current circuit, thereby reducing the potential difference across both ends of the bellows, And the ground portion of the high frequency can be reduced. As a result, it is possible to reduce abnormal discharge and plasma leakage around the lower electrode. The impedance adjusting means has a capacitor having a predetermined capacitance provided between the bottom wall of the chamber and the bellows. By using the condenser in this manner, the current flowing to the bellows side can be adjusted, and it becomes possible to effectively classify the return current returning from the plasma to the high frequency power source to the bellows and the ground pipe from the inner wall of the chamber.
또한, 챔버의 저벽과 벨로우즈와의 사이에는, 절연부재를 개재시키는 것이 바람직하다. 절연부재로서는, 폴리에테르에테르케톤 또는 폴리이미드가 바람직하다. 이들 재료는, 내하중성이 높고, 더구나 유전율이 낮기 때문에, 예를 들면 5 mm 정도의 두께로, 콘덴서의 용량보다도 충분히 낮은 용량으로 할 수 있다. 이 결과, 콘덴서만으로 용량조정을 할 수 있다.It is also preferable that an insulating member is interposed between the bottom wall of the chamber and the bellows. As the insulating member, polyether ether ketone or polyimide is preferable. These materials have a high load-carrying property and, furthermore, a low dielectric constant, so that they can have a thickness of about 5 mm, for example, and a capacity sufficiently lower than the capacity of the capacitor. As a result, the capacitance can be adjusted only by the capacitor.
또한, 상기 콘덴서의 용량을 가변으로 함으로써, 콘덴서의 용량을 용이하게 최적치로 조정할 수가 있다. 그리고, 상술한 경우와 같이 콘덴서의 용량을 조정하여 임피던스를 제어함으로써, 리턴전류회로의 장치간 오차(제조오차등)를 조정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 장치를 장기간 사용함에 의해 임피던스가 시간경과에 따라 변화하더라도, 콘덴서용량을 조정함에 의해 적정한 값으로 조정할 수가 있다.In addition, by making the capacitance of the capacitor variable, the capacitance of the capacitor can be easily adjusted to the optimum value. By adjusting the capacitance of the capacitor and controlling the impedance as in the case described above, it is possible to adjust the error (manufacturing error, etc.) between the devices of the return current circuit. In addition, even if the impedance changes over time due to the use of the device for a long period of time, it can be adjusted to an appropriate value by adjusting the capacitance of the capacitor.
또한, 본 발명의 플라즈마처리장치는,Further, in the plasma processing apparatus of the present invention,
내부가 진공상태로 유지가능한 챔버와,A chamber in which the interior can be maintained in a vacuum state,
상기 챔버내를 진공배기하는 배기기구와,An exhaust mechanism for evacuating the inside of the chamber,
상기 챔버내에 처리가스를 도입하는 가스도입기구와,A gas introduction mechanism for introducing a process gas into the chamber,
피처리체에 플라즈마처리를 실시하기 위해서 처리가스를 플라즈마화하는 플라즈마생성수단과,A plasma generating means for plasma-forming a process gas to perform a plasma process on an object to be processed,
플라즈마처리장치가 정상상태에 있을 때에는 플라즈마발광이 실질적으로 관찰되지 않도록 챔버내 영역에서 플라즈마발광을 검출하는 검출기를 구비한 것을 특징으로 한다.And a detector for detecting plasma emission in an area in the chamber such that plasma emission is not substantially observed when the plasma processing apparatus is in a steady state.
이와 같이, 플라즈마처리장치가 정상상태에 있을 때에는 플라즈마발광이 실질적으로 관찰되지 않은 챔버내 영역에서 플라즈마발광을 검출하는 검출기를 구비함에 의해, 검출기에 의해서 챔버내의 이상방전에 따르는 플라즈마 발광을 검출한 시점에서, 이상방전을 해소하는 적절한 처치를 하는 것이 가능해져, 피처리체의 처리에 대한 악영향을 작게 할 수가 있다.As described above, when the plasma processing apparatus is in the steady state, the detector detects the plasma emission in the region of the chamber where the plasma emission is not substantially observed. Thus, when the detector detects the plasma emission due to the abnormal discharge in the chamber It is possible to perform an appropriate treatment for eliminating the abnormal discharge, and the adverse effect on the treatment of the object to be treated can be reduced.
본 발명은, 반도체웨이퍼등의 피처리체에 대하여, 에칭처리나 성막처리등의 플라즈마처리를 하는 플라즈마처리장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus for subjecting an object to be processed such as a semiconductor wafer to a plasma process such as an etching process or a film forming process.
도 1은, 본 발명의 1실시형태에 관한 플라즈마처리장치를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는, 도 1의 장치에 있어서의 임피던스조정기구를 나타내는 단면도이다.Fig. 2 is a cross-sectional view showing an impedance adjusting mechanism in the apparatus of Fig. 1;
도 3는, 도 1의 장치에 있어서의 챔버 저벽의 콘덴서 부착부를 나타내기 위한 도면이다.Fig. 3 is a view showing a capacitor mounting portion of the chamber bottom wall in the apparatus of Fig. 1; Fig.
도 4는, 도 1의 임피던스 조정기구에 사용한 절연부재의 두께와 용량과의 관계를 도시한 도면이다.Fig. 4 is a diagram showing the relationship between the thickness and the capacitance of the insulating member used in the impedance adjusting mechanism of Fig. 1. Fig.
도 5는, 본 발명의 플라즈마처리장치의 등가회로를 나타내는 회로도이다.5 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the plasma processing apparatus of the present invention.
도 6은, 본 발명의 다른 실시형태에 관하는 플라즈마처리장치의 요부를 나타내는 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing a main part of a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 7은, 종래의 플라즈마처리장치를 나타내는 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing a conventional plasma processing apparatus.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION [
이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 관해서 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은, 본 발명의 1 실시형태에 관한 플라즈마처리장치를 나타내는 단면도이다. 도면중, 참조부호 1 은, 예를 들면 표면이 알루마이트처리된 알루미늄으로 이루어지는 도전성의 챔버이다. 이 챔버(1)는, 접지되어 있다. 챔버(1)내에는, 피처리체인 반도체웨이퍼 W를 수평으로 지지하는 하부전극(2)이 설치된다. 이 하부전극(2)은, 알루미늄등의 도전체로 구성되며, 절연부재(3)를 통해, 알루미늄등의 도전체로 이루어지는 지지대(4)에 재치되어 있다. 지지대(4)의 바깥둘레측에는, 다수의 가스통과구멍을 갖는 원판형상을 한 가스확산용의 배플판(5)이 설치된다. 이 배플판(5)은, 알루미늄등의 도전체로 구성되며, 지지대(4)에 스프링멈춤되어 전기적에 접속되어 있다. 하부전극(2)에는, 반도체웨이퍼 W를 흡착유지하기 위한 정전척(도시않됨)이 설치된다.1 is a cross-sectional view showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a conductive chamber made of, for example, aluminum whose surface is anodized. This chamber 1 is grounded. In the chamber 1, a lower electrode 2 for horizontally supporting a semiconductor wafer W to be processed is provided. The lower electrode 2 is made of a conductor such as aluminum and mounted on a support 4 made of a conductor such as aluminum through an insulating member 3. On the outer peripheral side of the support table 4, a baffle plate 5 for gas diffusion having a disk shape and having a plurality of gas cylinders and holes is provided. The baffle plate 5 is made of a conductor such as aluminum, and is spring-stopped to the support base 4 to be electrically connected. The lower electrode 2 is provided with an electrostatic chuck (not shown) for holding and holding the semiconductor wafer W.
지지대(4)의 아래쪽 중앙의 대기부분은, 예컨대 스테인리스강으로 이루어지는 벨로우즈(6)로 덮여져 있다. 이 벨로우즈(6)는, 진공부분과 대기부분을 분리하고 있다. 벨로우즈(6)는, 그 위 끝단과 아래 끝단이, 각각 지지대(4)의 아래면 및챔버(1)의 저벽 윗면에 스프링멈춤되어 있다. 벨로우즈(6)의 외측에는, 벨로우즈커버(7)가 설치된다. 벨로우즈커버(7)는, 벨로우즈(6)의 신축에 대응가능하도록, 하부재(7a)와 상부재(7b)가 분리되어 있다.The atmosphere in the lower center of the support base 4 is covered with a bellows 6 made of, for example, stainless steel. The bellows 6 separates the vacuum part from the atmosphere part. The upper end and the lower end of the bellows 6 are spring-stopped on the lower surface of the support base 4 and the upper surface of the bottom wall of the chamber 1, respectively. A bellows cover (7) is provided outside the bellows (6). The lower member 7a and the upper member 7b are separated from each other so that the bellows cover 7 can accommodate the expansion and contraction of the bellows 6.
하부전극(2)에는, 챔버(1)의 아래쪽으로 설치된 고주파전원(11)이, 정합기(10)및 급전봉(8)를 통해 접속되어 있다. 급전봉(8)의 주위에는, 지지대(4)로부터 아래쪽으로 연장되는 금속제의 접지파이프(9)가 설치된다.A high frequency power source 11 provided below the chamber 1 is connected to the lower electrode 2 through a matching device 10 and a power supply rod 8. [ A grounding pipe 9 made of metal extending downward from the support base 4 is provided around the power supply rod 8.
하부전극(2)에는, 냉매유로(13)가 형성되어 있고, 이 속에 냉매공급관(14)을 통해 냉매가 흐르도록 되어 있다. 또한, 도시하고는 있지 않지만, 하부전극(2)에는, 반도체웨이퍼 W의 주고 받음을 하기위해서, 돌출설치가능한 리프트핀이 설치된다.A refrigerant passage 13 is formed in the lower electrode 2, and a refrigerant flows through the refrigerant passage 14 through the refrigerant passage 13. Although not shown, the lower electrode 2 is provided with a lift pin capable of being projected so as to transfer the semiconductor wafer W therebetween.
챔버(1)의 천정벽(1a)에는, 하부전극(2)에 대향하는 상부전극으로서 기능하는 샤워헤드(16)가 설치되어 있다. 이 샤워헤드(l6)의 아래면에는, 다수의 토출구멍(17)이 형성되어 있다. 샤워헤드(16)의 상부에는, 가스도입구(18)가 설치된다. 가스도입구(18)에는, 소정의 처리가스를 샤워헤드(16)를 통해 챔버(1)내로 공급하기 위한 처리가스공급원(20)이, 접속되어 있다. 그리고, 챔버(1)내에 처리가스가 공급되고, 하부전극(2)에 고주파전력이 인가됨으로써, 하부전극(2)과 샤워 헤드(16)와의 사이에 플라즈마가 형성되어, 반도체웨이퍼 W에 소정의 플라즈마처리가 실시도록 되어 있다. 챔버(1)의 측벽(1b)에는, 반도체웨이퍼 W의 반입반출용의 반송포트(22)가 게이트 밸브(23)에 의해 개폐가능하게 설치되어 있다. 반도체웨이퍼 W의 반입반출시에는, 하부전극(2)이, 반송포트(22)에 대응하는 위치로 이동된다. 이 때의 하부전극(2)의 이동은, 도시하지 않은 승강기구에 의해, 절연부재(3)및 지지대(4)와 일체적으로 행하여진다.In the ceiling wall 1a of the chamber 1, a showerhead 16 functioning as an upper electrode facing the lower electrode 2 is provided. On the lower surface of the shower head 16, a plurality of discharge holes 17 are formed. At the top of the showerhead 16, a gas inlet 18 is provided. The gas inlet 18 is connected to a process gas supply source 20 for supplying a predetermined process gas into the chamber 1 through the shower head 16. [ A plasma is formed between the lower electrode 2 and the showerhead 16 by supplying a process gas into the chamber 1 and applying a high frequency electric power to the lower electrode 2, Plasma treatment is performed. A transfer port 22 for loading and unloading semiconductor wafers W is provided on the side wall 1b of the chamber 1 by a gate valve 23 so as to be openable and closable. The bottom electrode 2 is moved to a position corresponding to the transport port 22 in the transporting of the semiconductor wafer W. [ At this time, the movement of the lower electrode 2 is performed integrally with the insulating member 3 and the support base 4 by an elevating mechanism (not shown).
챔버(1)의 측벽(1b)의 저부 근방에는, 배기포트(24)가 설치된다. 이 배기포트(24)에는, 배관을 통해, 배기장치(25)가 접속되어 있다. 그리고, 배기장치(25)를 작동시킴으로써, 챔버(1)내가 소정의 진공도까지 진공배기되는 것이 가능하도록 되어 있다.In the vicinity of the bottom of the side wall 1b of the chamber 1, an exhaust port 24 is provided. An exhaust device 25 is connected to the exhaust port 24 through a pipe. By actuating the exhaust device 25, the chamber 1 can be evacuated to a predetermined degree of vacuum.
접지파이프(9)와 챔버(1)의 저벽(1c)과의 사이에는, 이들 사이의 전기적도통을 취하도록 슬라이드 콘택트(26)가 설치된다. 이 경우, 슬라이드 콘택트(26)는, 그의 내주에 다수의 탄력성을 갖는 접촉자를 갖고 있고, 슬라이드 콘택트(26)내를 접지파이프(9)가 미끄럼 이동하더라도[하부전극(2)이 상하로 이동하더라도], 접지파이프(9)와 슬라이드 콘택트(26) 즉 챔버(1)와의 사이의 안정한 전기적 도통을 얻을 수 있게 되고 있다.A slide contact 26 is provided between the grounding pipe 9 and the bottom wall 1c of the chamber 1 so as to provide electric conduction therebetween. In this case, the slide contact 26 has a plurality of resilient contacts on the inner periphery thereof. Even if the ground pipe 9 slides in the slide contact 26 (even when the lower electrode 2 moves up and down , Stable electric conduction between the ground pipe 9 and the slide contact 26, that is, the chamber 1, can be obtained.
벨로우즈(6)와 챔버(1)의 저벽(1c)과의 접속부분에는, 플라즈마로부터 챔버(1)를 지나서 지지대(4)및 접지파이프(9)의 안쪽을 통하여 고주파전원(11)으로 되돌아가는 리턴전류회로의 임피던스를 조정하기 위한 임피던스조정기구(30)가 설치된다.The connection between the bellows 6 and the bottom wall 1c of the chamber 1 is returned from the plasma to the high frequency power supply 11 through the inside of the support 4 and the ground pipe 9 through the chamber 1 An impedance adjusting mechanism 30 for adjusting the impedance of the return current circuit is provided.
이 임피던스조정기구(30)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 챔버(1)의 저벽(1c)과 벨로우즈(6)의 지지대(6a)와의 사이에 개재된 절연부재(31)와, 챔버(1)의 저벽(1c)과 벨로우즈(6)의 지지대(6a)에 접속된 소정용량의 콘덴서((32))를 구비하고 있다. 그리고, 스테인리스강으로 이루어지는 지지대(6a)는, 챔버(1)의 저벽 (1c)과의 사이에 절연부재(31)를 개재시킨 상태에서 스프링(33)에 의해 스프링멈춤되어 있다.2, the impedance adjusting mechanism 30 includes an insulating member 31 interposed between the bottom wall 1c of the chamber 1 and the support base 6a of the bellows 6, And a condenser 32 having a predetermined capacity connected to the support base 6a of the bellows 6. The bottom wall 1c of the bellows 6 is provided with a condenser The support base 6a made of stainless steel is spring-stopped by the spring 33 in a state in which the insulating member 31 is interposed between the support base 6a and the bottom wall 1c of the chamber 1.
이 절연부재(31)는, 챔버(1)의 저벽(1c)과 벨로우즈(6)의 지지대(6a)와를 절연하기 위한 것으로서, 내하중이 크고, 유전율이 작은 것이 사용된다. 이러한 재료로서는, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 또는 폴리이미드가 바람직하다.The insulating member 31 serves to insulate the bottom wall 1c of the chamber 1 from the support base 6a of the bellows 6 and has a large internal load and a small dielectric constant. As such a material, polyether ether ketone (PEEK) or polyimide is preferable.
콘덴서(32)는, 벨로우즈(6)에 인가되는 전압을 조정함으로써, 리턴전류회로의 임피던스를 저하시키도록 되어 있다. 예컨대 콘덴서(32)는, 벨로우즈(6)에 인가되는 전압을, 지지대(4)의 주변에 이상방전이 생기지 않을 정도의 전압값으로 조정가능하다.The capacitor 32 adjusts the voltage applied to the bellows 6 so as to lower the impedance of the return current circuit. For example, the capacitor 32 can adjust the voltage applied to the bellows 6 to a voltage value such that an abnormal discharge does not occur in the periphery of the support table 4.
이러한 조정의 결과, 리턴전류는 슬라이드 콘택트(26)를 지나서 접지파이프 (9)로도 흐르게 된다. 즉, 콘덴서(32)는, 챔버(1)의 저벽(1c)의 리턴전류를, 벨로우즈(6)측과 슬라이드 콘택트(26)측으로 분류시켜, 리턴전류회로 전체의 임피던스를 저하시키는 기능을 갖고 있다.As a result of this adjustment, the return current also flows through the slide contact 26 to the ground pipe 9. That is, the capacitor 32 has a function of reducing the impedance of the entire return current circuit by dividing the return current of the bottom wall 1c of the chamber 1 to the bellows 6 side and the slide contact 26 side .
콘덴서(32)의 필요용량은, 장치의 설정에 따라 다르지만, 예컨대 12000 pF 정도이다. 필요한 용량을 얻기위해서, 복수의 콘덴서를 사용하도록 하더라도 좋다. 그를 위하여, 도 3과같이, 챔버(1)의 저벽(1c)에 복수의 콘덴서 부착부(35)가 설치될 수 있다. 예컨대 12000 PF의 용량을 얻기 위해서는, 500 OpF의 콘덴서 2개와, 1000 pF의 콘덴서 2개를, 4개소의 부착부(35)에 각각 부착하면 좋다.The required capacitance of the capacitor 32 varies depending on the setting of the apparatus, but is, for example, about 12000 pF. A plurality of capacitors may be used in order to obtain a required capacitance. 3, a plurality of condenser attaching portions 35 may be provided on the bottom wall 1c of the chamber 1. As shown in Fig. For example, to obtain a capacitance of 12000 PF, two capacitors of 500 OpF and two capacitors of 1000 pF may be attached to the four attachment portions 35, respectively.
챔버(1)의 저벽(1c) 및 벨로우즈(6)의 지지대(6a)는, 어느것이나 도전체이다. 따라서, 절연부재(31)를 양자간에 개재시킴으로써, 일종의 콘덴서를 형성하는 것이 된다. 그렇지만, 상술한 바와 같이 유전율이 낮은 수지를 사용하여 비교적 두껍게 절연부재(31)를 형성함으로써, 절연부재(31)의 콘덴서로서의 용량은 무시할 수가 있다. 즉, 부착되는 콘덴서(32)만에 의하여 용량의 조정을 행할 수 있다.The bottom wall 1c of the chamber 1 and the support table 6a of the bellows 6 are all conductors. Therefore, a kind of capacitor is formed by interposing the insulating member 31 between them. However, by forming the insulating member 31 relatively thick using the resin having a low dielectric constant as described above, the capacitance of the insulating member 31 as a capacitor can be ignored. That is, the capacitance can be adjusted only by the capacitor 32 to be attached.
예를 들면, 절연부재(31)에 PEEK를 사용한 경우, 두께와 용량의 관계는 도 4에 나타낸 바와 같이 된다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 예컨대 두께를 5 mm 로 설정하면, 그 용량은 400 pF 정도로 된다. 이 값은, 콘덴서(32)의 용량의 12000 pF에 비교하여 무시할 수 있는 정도의 것이다.For example, when PEEK is used for the insulating member 31, the relationship between the thickness and the capacitance is as shown in Fig. As shown in Fig. 4, if the thickness is set to 5 mm, for example, the capacity becomes about 400 pF. This value is negligible compared to the capacitance of the capacitor 32 of 12000 pF.
다음에, 이와 같이 구성되는 플라즈마처리장치의 동작에 관해서 설명한다.Next, the operation of the plasma processing apparatus constructed as described above will be described.
우선, 도시하지 않은 승강기구에 의하여, 하부전극(2)이 반송위치에 배치된다. 다음에, 게이트 밸브(23)가 열리고, 도시하지 않은 반송아암등에 의해 반송포트(22)을 통해 반도체웨이퍼 W가 챔버(1)내로 반입되고, 하부전극(2)상에 얹어놓이다. 반도체웨이퍼 W는, 도시하지 않은 정전척에 의해, 하부전극(2)에 흡착유지된다.First, the lower electrode 2 is disposed at the carrying position by an elevating mechanism (not shown). Next, the gate valve 23 is opened, and the semiconductor wafer W is carried into the chamber 1 through the transfer port 22 by a transfer arm or the like (not shown) and placed on the lower electrode 2. The semiconductor wafer W is adsorbed and held on the lower electrode 2 by an electrostatic chuck (not shown).
그 후, 승강기구에 의해 하부전극(2)이 상승되고, 하부전극(2)과 샤워헤드(16)와의 갭이 소정의 거리가 되도록 위치결정된다. 이 상태에서, 냉매유로(13)에 냉매가 유통되고, 하부전극(2)이 소정의 온도로 제어된다. 한편, 배기장치(25)에 의해 배기포트(24)를 통해 챔버(1)내가 배기되어, 고진공상태로 된다.Thereafter, the lower electrode 2 is raised by the elevating mechanism and positioned such that the gap between the lower electrode 2 and the shower head 16 is a predetermined distance. In this state, the refrigerant flows to the refrigerant passage 13, and the lower electrode 2 is controlled to a predetermined temperature. On the other hand, the chamber 1 is exhausted through the exhaust port 24 by the exhaust device 25, and is put into a high vacuum state.
이어서, 소정의 처리가스가, 처리가스공급원(20)으로부터 처리가스도입구 (18)및 도전성용기(15)의 천정벽을 구성하는 샤워헤드(16)의 가스토출구멍(17)을 통해, 반도체웨이퍼 W로 향하여 토출되고, 챔버(1)내를 수10 mTorr로 한다. 그와 동시에, 고주파전원(11)으로부터 정합기(10)및 급전봉(8)를 통해, 소정의 주파수 및 전압의 고주파전력이, 하부전극(2)에 인가된다. 이에 의하여, 하부전극(2)과 샤워헤드(16) 사이의 공간에는, 처리가스의 플라즈마가 생성된다. 이에 따라, 반도체웨이퍼 W 에 대하여 소정의 플라즈마처리가 실시된다.A predetermined process gas is supplied from the process gas supply source 20 through the process gas inlet 18 and the gas discharge hole 17 of the showerhead 16 constituting the ceiling wall of the conductive container 15, Is discharged toward the wafer W, and the inside of the chamber 1 is made several tens mTorr. At the same time, high-frequency power of a predetermined frequency and voltage is applied to the lower electrode 2 from the high-frequency power source 11 through the matching unit 10 and the power supply rod 8. As a result, a plasma of the process gas is generated in the space between the lower electrode 2 and the showerhead 16. Thus, the semiconductor wafer W is subjected to predetermined plasma processing.
이 플라즈마처리의 시에, 플라즈마로부터 고주파전원(11)으로 되돌아가는 리턴전류는, 벨로우즈(6)측과 슬라이드 콘택트(26)측으로 분류된다.At the time of this plasma treatment, the return current returning from the plasma to the high frequency power supply 11 is divided into the bellows 6 side and the slide contact 26 side.
이를, 도 5에 나타내는 등가회로를 참조하여 설명한다. 고주파전원(RF 전원) (11)으로부터의 고주파전력은, 정합기(10)및 급전봉(8)를 통해, 하부전극(2)에 공급되어, 플라즈마를 형성한다. 플라즈마로부터의 리턴전류는, 챔버(1)의 천정벽 (1a), 측벽(1b) 및 저벽(1c)을 거쳐서 벨로우즈(6)에 도달한다. 이 때, 임피던스조정기구(30)의 콘덴서(32)가, 저벽(1c)과 벨로우즈(6)와의 사이의 용량 Cb를조정하여, 저벽(1c)의 전류 Ip를, 벨로우즈측의 전류 Ib와, 슬라이드 콘택트측의 전류 Ic로 분류시킨다. 벨로우즈측의 리턴전류 Ib는, 벨로우즈(6)의 외측, 지지대(4)의 표면, 접지파이프(9)의 안쪽을 통하여 고주파전원(ll)으로 되돌아간다. 슬라이드 콘택트측의 리턴전류 Ic는, 접지파이프(9)의 외측, 지지대(4)의 표면, 접지파이프 (9)의 안쪽을 통하여 고주파전원(11)으로 되돌아간다.This will be described with reference to an equivalent circuit shown in Fig. The high frequency power from the high frequency power source (RF power source) 11 is supplied to the lower electrode 2 through the matching device 10 and the power supply rod 8 to form a plasma. The return current from the plasma reaches the bellows 6 via the ceiling wall 1a, the side wall 1b and the bottom wall 1c of the chamber 1. At this time, the impedance adjustment and the condenser 32 of the mechanism 30, by adjusting the capacitance C b between the bottom wall (1c) and the bellows (6), the current I p of the bottom wall (1c), the bellows side of the current I b and the current I c on the slide contact side. The return current I b on the bellows side returns to the high frequency power source 11 through the outside of the bellows 6, the surface of the support table 4, and the inside of the ground pipe 9. The return current I c on the slide contact side is returned to the high frequency power source 11 through the outside of the ground pipe 9, the surface of the support base 4, and the inside of the ground pipe 9.
종래와 같이 벨로우즈와 챔버의 저벽을 도통시킨 경우, 슬라이드 콘택트의 임피던스가 크기 때문에, 슬라이드 콘택트에는 약간밖에 전류가 흐르지 않고, 대부분의 전류가 벨로우즈측으로 흐른다. 따라서, 벨로우즈의 전압 Vb및 챔버벽의 전압 Vw가 어느것이나 높게 되어, 이상방전이 생긴다.When the bellows and the bottom wall of the chamber are made conductive as in the prior art, since the impedance of the slide contact is large, only a little current flows in the slide contact, and most of the current flows to the bellows side. Therefore, the voltage V b of the bellows and the voltage V w of the chamber wall become high, and abnormal discharge occurs.
한편, 벨로우즈와 챔버의 저벽을 절연한 경우에는, 벨로우즈에는 전류가 흐르지 않고, Ip= Ic로 된다. 이 경우, 슬라이드 콘택트(26)와 접지파이프(9)와의 사이의 접촉임피던스가 높기 때문에, 챔버벽의 전압 Vw가 높게 되어, 역시 이상방전이 생긴다. 또한, Lb와 Cb를 공진시킴으로써, 챔버벽의 전압 Vw가 O 로 될수 있지만, 이 경우 벨로우즈의 전압 Vb가 높게 되어 버린다.On the other hand, when the bellows and the bottom wall of the chamber are insulated, no current flows through the bellows, and I p = I c . In this case, since the contact impedance between the slide contact 26 and the grounding pipe 9 is high, the voltage V w of the chamber wall becomes high, and an abnormal discharge also occurs. Further, by resonating L b and C b , the voltage V w of the chamber wall can be 0, but in this case, the voltage V b of the bellows becomes high.
이것에 대하여, 상술한 바와 같이 Cb의 값을 적절히 조정하여, 저벽(1c)의 전류 Ip를, 벨로우즈측의 전류 Ib와, 슬라이드 콘택트측의 전류 Ic로 분류시킴으로써, 리턴전류회로전체의 임피던스를 저하시킬 수가 있으며, Vb및 Vw를 함께 종래보다도 저하시킬 수 있다. 따라서, 벨로우즈커버(7)의 하부재(7a)와 상부재(7b)와의 사이의 부분이나 지지대(4)의 주변부에 이상방전이 생기는 일은 없고, 플라즈마누설이 생기는 것을 방지할 수가 있어, 반도체웨이퍼 W 상에서의 플라즈마 밀도의 저하가 생기기 어렵게 된다. 또한, 지지대(4)의 주변부나 챔버측벽(1b)의 하부에 반응생성물이 퇴적하는 일도 없어, 그 박리에 의한 파티클의 발생을 방지할 수가 있다.On the other hand, by classifying the current I p of the bottom wall 1c into the current I b on the bellows side and the current I c on the slide contact side by appropriately adjusting the value of C b as described above, It is possible to lower the impedance of V b and V w together with that of the prior art. Therefore, an abnormal discharge does not occur in the portion between the lower member 7a and the upper member 7b of the bellows cover 7 and the peripheral portion of the support 4, and plasma leakage can be prevented, So that the plasma density on the W is hardly reduced. In addition, reaction products do not accumulate in the peripheral portion of the supporting table 4 or the lower portion of the chamber side wall 1b, and generation of particles due to the peeling can be prevented.
실제로, 300 mm 웨이퍼용의 플라즈마처리장치에 있어서, 하부전극(2)과 샤워헤드(16)와의 사이의 갭(상하전극사이의 갭)을 40 mm 로 설정하고, 챔버(1)내에 처리가스를 도입하여 챔버내 압력을 50 mTorr 로 설정하고, 고주파전원(11)으로부터 13.56 MHz 에서 4000 W의 고주파를 공급하여, 임피던스조정기구(30)의 복수의 콘덴서(32)의 용량을 여러가지 변화시켜 플라즈마를 생성하고, 플라즈마상태를 눈으로 관찰하였다. 이 결과, 콘덴서(32)의 용량을 합계로 12000 pF 가 되도록 한 경우에, 이상방전이나 플라즈마누설이 생기고 있지 않은 것이 확인되었다.Actually, in a plasma processing apparatus for a 300 mm wafer, a gap (a gap between the upper and lower electrodes) between the lower electrode 2 and the shower head 16 is set to 40 mm, And a high frequency of 4000 W is supplied from the RF power supply 11 at 13.56 MHz to vary the capacities of the plurality of capacitors 32 of the impedance adjusting mechanism 30 to change the plasma And the plasma state was visually observed. As a result, it was confirmed that no abnormal discharge or plasma leakage occurred when the capacity of the condenser 32 was made to be 12000 pF in total.
이것은 이론적으로는, 상술한 바와 같이, 고주파전력의 리턴전류회로의 임피던스가 작아진 결과라고 추측된다. 그러나, 벨로우즈나 챔버 각부의 전압값을 실제로 측정하는 것은 곤란하며, 콘덴서(32)의 값이 12000 pF 인 때에 리턴전류회로의 임피던스가 최소로 되어 있다고는 반드시 단정할 수 없다. 또한, 리턴전류회로의 임피던스뿐만아니라, 벨로우즈를 흐르는 전류량과 슬라이드 콘택트를 흐르는 전류량과의 비나, 벨로우즈를 흐르는 전류의 위상과 슬라이드 콘택트를 흐르는 전류의 위상과의 관계도, 플라즈마상태에 미묘한 영향을 미치게 하는 것으로 생각된다.It is inferred that theoretically, as described above, the impedance of the high-frequency power return current circuit is reduced. However, it is difficult to actually measure the voltage value of each part of the bellows or the chamber, and it is not necessarily assured that the impedance of the return current circuit is minimized when the value of the capacitor 32 is 12000 pF. The relationship between the ratio of the amount of current flowing through the bellows and the amount of current flowing through the slide contact as well as the impedance of the return current circuit and the relationship between the phase of the current flowing through the bellows and the phase of the current flowing through the slide contact also have a subtle influence on the plasma state .
본 발명의 가치는, 리턴전류회로의 임피던스를 최소로 하는 것에 있는 것이 아니라, 플라즈마의 발광상태를 눈으로 확인하여, 이상방전이나 플라즈마누설이 없는 상태가 되도록, 콘덴서(32)의 값을 최적치에 설정할 수가 있다는 점, 요컨대, 고주파전력의 리턴전류회로의 임피던스를 조정할 수가 있다고 하는 점에 있다.The value of the present invention is not limited to minimizing the impedance of the return current circuit, but the value of the capacitor 32 is set to an optimum value so that the state of the plasma is visually confirmed and there is no abnormal discharge or plasma leakage The impedance of the return current circuit of the high frequency power can be adjusted.
이상의 실시형태에서는, 콘덴서의 용량이 고정된 예를 나타내었지만, 용량이 가변인 콘덴서(가변 콘덴서)를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 리턴전류회로의 임피던스를 보다 용이하게 최적치로 제어할 수가 있다. 그리고, 이와 같이 콘덴서의 용량을 조정하여 임피던스를 제어함으로써, 리턴전류회로의 장치간 오차(제조오차등)이 조정될 수 있다. 또한, 장치를 장기간 사용함에 의해 임피던스가 시간 경과에 따라 변화하더라도, 콘덴서용량을 조정함에 의해 임피던스를 적정한 값으로 조정할 수가 있다.In the above embodiments, the capacity of the capacitor is fixed, but a capacitor (variable capacitor) having a variable capacity can also be used. In this case, the impedance of the return current circuit can be more easily controlled to an optimum value. By adjusting the capacitance of the capacitor and controlling the impedance in this way, the error (manufacturing error, etc.) between the devices of the return current circuit can be adjusted. Further, even if the impedance changes over time due to use of the device for a long period of time, the impedance can be adjusted to a proper value by adjusting the capacitance of the capacitor.
이러한 가변 콘덴서를 사용한 플라즈마처리장치에 관해서 도 6 을 참조하면서 설명한다. 도 6은 가변 콘덴서를 사용하여 리턴전류회로의 임피던스를 제어하는 것이 가능한 플라즈마처리장치의 주요부를 나타내는 단면도이다. 도 6중, 도 1 및 도 2와 동일한 것에 있어서는, 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다.A plasma processing apparatus using such a variable capacitor will be described with reference to Fig. 6 is a cross-sectional view showing a main part of a plasma processing apparatus capable of controlling the impedance of a return current circuit using a variable capacitor. 6, the same components as those in Figs. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted.
가변 콘덴서(40)가, 도 2의 콘덴서(32)의 대신에 설치된다. 가변콘덴서(40)의 한편의 단자가 벨로우즈(6)의 지지대(6a)에 접속되어 있고, 다른쪽의 단자가 챔버(1)의 저벽(1c)에 접속되어 있다. 가변 콘덴서(40)의 샤프트(40a)는, 예컨대 스텝핑모터로 이루어지는 구동장치(44)에 접속되어 있다. 그리고, 예를 들면 스텝핑모터를 회전시키는 것에 따라, 가변콘덴서(40)의 용량을 변화시키는 것이 가능하도록 되어 있다.A variable capacitor 40 is provided instead of the capacitor 32 in Fig. One terminal of the variable capacitor 40 is connected to the support 6a of the bellows 6 and the other terminal is connected to the bottom wall 1c of the chamber 1. [ The shaft 40a of the variable capacitor 40 is connected to a driving device 44, which is a stepping motor, for example. Then, for example, by rotating the stepping motor, the capacity of the variable capacitor 40 can be changed.
챔버(1)의 측벽(1b)의 하부에는, 예컨대 석영으로 이루어지는 플라즈마검출창(41)이 설치된다. 이 플라즈마검출창(41)의 외측근방부분에는, 검출창(41)을 투과하는 플라즈마로부터의 빛을 검출하는 광검출기(42)가 설치된다. 검출창(41)은, 챔버(1)의 측벽(1b)의 하부에 설치되기때문에, 광검출기(42)는, 플라즈마처리장치가 정상상태이면 플라즈마발광이 발생하지 않거나 또는 발생하여도 약한 발광밖에 생기지 않도록 챔버내 영역의 플라즈마발광을 검출하도록 되어 있다. 이러한 영역은, 실질적으로 이상방전이 생긴 경우에만 강한 플라즈마발광이 생긴다. 따라서, 검출기(42)는 실질적으로 이상방전을 생긴 경우에만 플라즈마발광을 검출한다. 이 검출기(42)는, 제어장치(43)에 접속되어 있고, 이 제어장치(43)는, 상기 가변 콘덴서(40)의 구동장치(44)를 제어하도록 되어 있다.At a lower portion of the side wall 1b of the chamber 1, a plasma detection window 41 made of, for example, quartz is provided. In the vicinity of the outside of the plasma detection window 41, there is provided a photodetector 42 for detecting light from the plasma transmitted through the detection window 41. Since the detection window 41 is provided below the side wall 1b of the chamber 1, the photodetector 42 can detect plasma emission only when the plasma processing apparatus is in a normal state, So as to detect the plasma emission in the chamber. In such a region, a strong plasma luminescence occurs only when a substantially abnormal discharge occurs. Therefore, the detector 42 detects the plasma luminescence only when a substantially abnormal discharge has occurred. The detector 42 is connected to a control device 43. The control device 43 is adapted to control the drive device 44 of the variable capacitor 40. [
이와 같이 구성되는 장치에 있어서는, 플라즈마장치가 통상으로 작동하고 있는 경우에는 검출기(42)는 실질적으로 플라즈마의 발광을 검출하지 않지만, 이상방전이 있는 경우에는 그에 따른 플라즈마의 발광을 검출한다. 그리고, 광검출기(42)부터의 신호가 제어장치(43)로 보내지고, 이상방전의 정도 즉 플라즈마발광의 강함에 따라서, 제어장치(43)로부터 구동장치(44)로 제어신호가 출력되고, 가변 콘덴서(40)의 용량이 조정된다. 또, 제어장치(43)는, 광검출기(42)의 출력을 감시하여, 이상방전을 검출한 경우에 경보장치(도시하지 않음)에 신호를 출력하여 경보를 내도록 하더라도 좋다.In the apparatus configured as described above, when the plasma apparatus is normally operated, the detector 42 does not substantially detect the emission of the plasma, but if there is an abnormal discharge, detects the emission of the plasma accordingly. A signal from the photodetector 42 is sent to the control device 43. A control signal is output from the control device 43 to the drive device 44 in accordance with the degree of abnormal discharge, The capacity of the variable capacitor 40 is adjusted. The control device 43 may monitor the output of the photodetector 42 and output an alarm to an alarm device (not shown) when abnormal discharge is detected.
이와 같이, 광검출기(42)에 의해서 이상방전에 동반하는 플라즈마발광을 검출한 시점에서, 제어장치(43)로부터 구동장치(44)에로의 제어신호에 의해 콘덴서 (40)의 용량이 조정되기 때문에, 조속히 이상방전을 해소할 수가 있다. 요컨대, 리턴전류회로의 임피던스를, 리얼타임으로 이상방전이 생기지 않는 적정치로 제어할 수가 있다.Since the capacity of the condenser 40 is adjusted by the control signal from the control device 43 to the drive device 44 at the time when the photodetector 42 detects the plasma emission accompanying the abnormal discharge , The abnormal discharge can be quickly resolved. In short, the impedance of the return current circuit can be controlled to a proper value at which no abnormal discharge occurs in real time.
또, 상기실시형태로서는, 임피던스조정수단으로 콘덴서를 사용하는 경우에 관해서 설명하였지만, 이상방전이나 플라즈마누설이 없는 상태를 실현할 수가 있으면, 콘덴서의 대신에 코일을 사용하더라도 좋다. 또한, 본 발명이 적용되는 장치구성은 상기 실시형태의 것에 한하지 않고, 하부전극에 고주파를 인가하고, 하부전극이 이동가능한 타입의 것이라면 모두 적용이 가능하다.In the above embodiment, the case where the capacitor is used as the impedance adjusting means has been described. However, the coil may be used instead of the capacitor as long as it is possible to realize a state in which there is no abnormal discharge or plasma leakage. Further, the device configuration to which the present invention is applied is not limited to the above-described embodiment, and can be applied as long as a high frequency is applied to the lower electrode and the lower electrode is movable.
또한, 본 발명은, 고주파를 인가하여 플라즈마를 생성하고, 그 플라즈마로 피처리체를 처리하는 것이면, 그 처리형태는 불문하고, 에칭, CVD 성막등 여러가지의 처리에 적용할 수가 있다. 또한, 피처리체로서는, 반도체웨이퍼에 한하지 않고, 액정표시장치의 유리기판등 다른 것이라도 좋다.Further, the present invention can be applied to various treatments such as etching, CVD film formation, etc., regardless of the treatment form, as long as the plasma is generated by applying a high frequency wave and the object to be processed is treated with the plasma. The object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, but may be a glass substrate of a liquid crystal display device or the like.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 플라즈마로부터 적어도 챔버 내벽 및 벨로우즈를 통하여 고주파전원으로 되돌아가는 리턴전류회로의 임피던스를 조정하는 임피던스조정수단을 설치하고, 리턴전류회로의 임피던스를 최적의 값으로 설정함에 의해, 벨로우즈 양끝단에 걸리는 전위차 및 챔버내벽과 고주파의 접지부사이의 전위차를 감소시키는 것이 가능하며, 결과적으로, 하부전극의 주변에서의 이상방전 및 플라즈마누설을 경감할 수가 있다.As described above, according to the present invention, the impedance adjusting means for adjusting the impedance of the return current circuit returning from the plasma to at least the chamber inner wall and the high frequency power source through the bellows is provided, and the impedance of the return current circuit is set to an optimum value It is possible to reduce the potential difference between both ends of the bellows and the potential difference between the chamber inner wall and the grounding part of the high frequency. As a result, it is possible to reduce anomalous discharge and plasma leakage around the lower electrode.
보다 구체적으로는, 임피던스조정수단에 의하여, 플라즈마로부터 고주파전원으로 되돌아가는 리턴전류를, 챔버내벽으로부터 상기 벨로우즈와 상기 접지파이프으로 분류시켜, 리턴전류회로의 임피던스를 저하시키기 때문에, 벨로우즈 양끝단에 걸리는 전위차 및 챔버내벽과 고주파의 접지부와의 사이의 전위차를 감소시키는 것이 가능하고, 결과적으로, 하부전극의 주변에서의 이상방전 및 플라즈마누설을 경감할 수가 있다. 이러한 임피던스의 조정은, 상기 챔버의 저벽과 상기 벨로우즈와의 사이에 콘덴서를 설치하여 그 용량을 조정함에 의해 용이하게 실현된다.More specifically, the impedance adjusting means reduces the impedance of the return current circuit by dividing the return current returning from the plasma to the high-frequency power supply from the inner wall of the chamber into the bellows and the grounding pipe, It is possible to reduce the potential difference and the potential difference between the inner wall of the chamber and the ground portion of the high frequency. As a result, it is possible to reduce abnormal discharge and plasma leakage around the lower electrode. This adjustment of the impedance is easily realized by providing a capacitor between the bottom wall of the chamber and the bellows and adjusting the capacitance thereof.
이와 같이, 하부전극주변에서의 이상방전 및 플라즈마누설이 경감되는 결과, 피처리체상의 플라즈마밀도를 높일 수 있다.As described above, the abnormal discharge around the lower electrode and the plasma leakage are alleviated, and as a result, the plasma density on the object to be processed can be increased.
또한, 용량이 가변인 콘덴서를 설치하고, 콘덴서의 용량을 조정함에 의해, 용이하게 임피던스를 최적치에 조정할 수가 있다. 이와 같이 콘덴서의 용량을 조정하여 임피던스를 제어함으로써, 리턴전류회로의 장치간 차(제조오차등)을 조정하는 것이 가능해진다. 또한, 장치를 장기간 사용함에 의해 임피던스가 시간경과에 따라 변화하더라도, 콘덴서용량을 조정함에 의해 적정한 값으로 조정할 수가 있다.Further, by providing a capacitor whose capacitance is variable and adjusting the capacitance of the capacitor, it is possible to easily adjust the impedance to an optimum value. By adjusting the capacitance of the capacitor and controlling the impedance in this way, it is possible to adjust the device-to-device difference (manufacturing error, etc.) of the return current circuit. In addition, even if the impedance changes over time due to the use of the device for a long period of time, it can be adjusted to an appropriate value by adjusting the capacitance of the capacitor.
또한, 챔버내의, 플라즈마처리장치가 정상상태에 있는 때에는 플라즈마발광이 실질적으로 관찰되지 않은 챔버내영역에서의 플라즈마발광을 검출하는 검출기와, 이 검출기의 출력에 따라서 상기 콘덴서의 용량을 조정하는 제어수단을 부가함으로써, 검출기에 의하여 이상방전에 동반하는 플라즈마발광을 검출한 시점에서 콘덴서용량을 조정하여 이상방전을 해소할 수가 있으므로, 리턴전류회로의 임피던스를 리얼타임으로 이상방전이 생기지 않는 적정치로 제어할 수가 있다.A detector for detecting plasma emission in an area in the chamber in which plasma emission is not substantially observed when the plasma processing apparatus is in a steady state in the chamber and control means for controlling the capacity of the condenser in accordance with the output of the detector The abnormal discharge can be solved by adjusting the capacitance of the capacitor at the time when the detector detects the plasma light emission accompanied by the abnormal discharge so that the impedance of the return current circuit is controlled to a proper value in which no abnormal discharge occurs in real time I can do it.
또한, 플라즈마처리장치가 정상상태에 있는 때에는 플라즈마발광이 실질적으로 관찰되지 않은 챔버내영역에서의 플라즈마발광을 검출하는 검출기를 구비함에 의해, 검출기에 의해서 챔버내의 이상방전에 동반하는 플라즈마발광을 검출한 시점에서, 이상방전을 해소하는 적절한 처치를 하는 것이 가능해지게 되고, 피처리체의 처리에로의 악영향을 작게 할 수가 있다.In addition, when the plasma processing apparatus is in a steady state, a detector for detecting plasma emission in an area in the chamber in which plasma emission is not substantially observed is provided, thereby detecting the plasma emission accompanying the abnormal discharge in the chamber by the detector It becomes possible to perform an appropriate treatment for eliminating the abnormal discharge at the time point of time, and the adverse effect on the treatment of the object to be treated can be reduced.
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