KR20030095256A

KR20030095256A - 동시 방전화 장치

Info

Publication number: KR20030095256A
Application number: KR10-2003-0035887A
Authority: KR
Inventors: 마쯔시타아쯔시
Original assignee: 도쿄 오카 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2003-12-18
Also published as: TWI325288B; JP2004014904A; TW200409567A; US6836073B2; US20030227259A1

Abstract

본 발명은 1개의 고주파 전원으로 복수의 플라스마 처리 장치를 동시에 방전시켜서 피처리물 표면에 형성된 피막을 각 챔버에 있어서 동일 비율로 에칭하거나 애싱할 수 있는 동시 방전화 장치를 제공한다.

본 발명은 1개의 고주파 전원으로 복수의 플라스마 처리 장치를 동시에 방전시키는 동시 방전화 장치로서, 상기 복수의 플라스마 처리 장치는 플라스마 발생용 전극이 코일형상인 유도 결합 플라스마를 주로 하는 플라스마 처리 장치이고, 상기 고주파 전원으로부터의 전력공급 라인이 각각의 상기 플라스마 처리 장치에 대해서 분지부가 설치되어 분지되며, 또 상기 고주파 전원의 분지부의 하류측에서 각각의 상기 플라스마 처리 장치와의 사이에 각각 고정 콘덴서가 설치되어 있는 동시에 상기 고정 콘덴서의 임피던스를 상기 플라스마 발생용 코일형상 전극의 동일한 하류측에 있어서의 임피던스의 2.3~2.7배로 한다.

Description

동시 방전화 장치{Simultaneous discharge apparatus}

본 발명은 1개의 고주파 전원으로 복수의 플라스마 처리 장치를 동시에 방전시키는 동시 방전화 장치에 관한 것이다.

종래 플라스마 처리 장치로서는 챔버의 내측에 한쌍의 전극을 배치한 평행평판형 장치와, 챔버의 외측에 플라스마 발생용 안테나(전극)을 설치한 플라스마 처리 장치가 있다. 후자의 장치로서는 더욱이, 챔버의 외측 둘레에 한쌍의 시트형상 전극을 마주보게 배치하고 이들 한쌍의 시트형상 전극의 한쪽에 고주파 전원을 접속하여 다른 쪽을 접지한 타입과, 챔버의 주위에 나선형상 또는 고리형상의 코일형상 전극을 배치하여 이 코일형상 전극에 고주파 전원을 접속한 타입이 있다.

또한, 고주파 전원을 사용하여 플라스마 처리 장치에 고주파를 인가(印加)함으로써 발생하는 플라스마에는 용량 결합형 플라스마(CCP: Capacitive Coupled Plasma)와 유도 결합형 플라스마(ICP: Inductive Coupled Plasma)가 있으며, 시트형상 전극을 사용한 플라스마 처리 장치에 있어서는 용량 결합형 플라스마가 주로 발생하고, 코일형상 전극을 사용한 플라스마 처리 장치에 있어서는 유도 결합형 플라스마가 주로 발생한다.

용량 결합형 플라스마는 처리하는 기판에 손상을 주기 때문에 유도 결합형 플라스마가 더 바람직함이 판명되어 있다. 따라서, 코일형상 전극을 사용한 플라스마 처리 장치로서, 더욱이 용량 결합형 플라스마의 발생을 억제하는 선행기술로서 일본국 특개평5-502971호 공보, 일본국 특개평8-50996호 공보 또는 일본국 특개평8-88220호 공보에 개시되는 것이 있다. 이들 선행기술은 모두 안테나(코일형상 전극)와 플라스마 처리용 챔버 사이에 패러데이실드(Faraday Shield)가 배치되어 안테나의 축방향 전기장을 전기적으로 단락하여 용량 결합형 플라스마를 억제한다는 것이다.

그러나, 종래기술에 있어서는, 1개의 고주파 전원을 사용하여 하나의 플라스마 처리 장치를 방전시키는 경우에는 적합하지만, 1개의 고주파 전원으로 동시에 복수의 플라스마 처리 장치를 방전시키는 경우에 코일형상 전극을 구성하는 RF 케이블(즉, 전력공급 라인) 등의 배설상태가 각 플라스마 처리 장치의 각 챔버간에 다소 다르기 때문에 각 챔버간에 조금씩 임피던스가 다르다. 그 결과, 임피던스가 낮은 챔버에서는 플라스마가 발생하기 쉽고, 임피던스가 높은 챔버에서는 플라스마가 발생하기 어렵다고 하는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기의 문제에 비추어 행해진 것으로, 1개의 고주파 전원으로 복수의 플라스마 처리 장치를 동시에 방전시켜서 반도체 웨이퍼 등의 피처리물 표면에 형성된 피막을 각 챔버에 있어서 동일 비율로 에칭하거나 애싱할 수 있는 동시 방전화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 동시 방전화 장치의 개략도이다.

도 2는 도 1에 나타내는 플라스마 처리 장치의 부분 확대도이다.

부호의 설명

A, B …플라스마 처리 장치, 1, 1'…베이스, 2, 2' …하부 챔버, 3, 3' …상부 챔버, 4, 4' …천판, 5, 5' …개구부, 6, 6' …스테이지, 7, 7' …배기링, 8, 8' …패러데이실드, 9, 9' …플라스마 발생용 코일형상 전극, 10 …고주파 전원, 11 …전력공급 라인, 12, 12' …고정 콘덴서, 13, 13' …금속판, W, W' …피처리물.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 동시 방전화 장치는 1개의 고주파 전원으로 복수의 플라스마 처리 장치를 동시에 방전시키는 동시 방전화 장치로서, 상기 복수의 플라스마 처리 장치는 플라스마 발생용 전극이 코일형상인 유도 결합 플라스마를 주로 하는 플라스마 처리 장치이고, 상기 고주파 전원으로부터의 전력공급 라인이 각각의 상기 플라스마 처리 장치에 대해서 분지부가 설치되어 분지되며, 또 상기 분지부의 하류측에서 각각의 상기 플라스마 처리 장치와의 사이에 고정 콘덴서가 각각 설치된 구성으로 하였다. 여기에서, 상기 고정 콘덴서의 임피던스를 동일한 하류측에 있어서의 상기 플라스마 발생용 코일형상 전극의 임피던스의 2.3~2.7배로 하는 것이 바람직하다.

고주파 전원으로부터의 전력공급 라인이 각각의 상기 플라스마 처리 장치에 대해서 분지부를 설치하여 분지됨으로써 RF 전력을 동시에 각 플라스마 처리 장치에 흐르게 할 수 있다.

또한, 고주파 전원의 분지부의 하류측에서의 각각의 상기 플라스마 처리 장치와의 사이에 각각 고정 콘덴서가 설치되어 있는 동시에, 상기 고정 콘덴서의 임피던스를 상기 플라스마 발생용 코일형상 전극의 임피던스의 2.3~2.7배로 함으로써 1개의 고주파 전원으로부터 각 플라스마 처리 장치에 동시에 방전할 수 있다.

또한, 고정 콘덴서끼리의 차이를 ±5% 이내로 설정함으로써 각 플라스마 처리 장치의 챔버에 대해서 RF 전력을 균등하게 분배할 수 있다. 더욱이, 플라스마 발생용 코일형상 전극을 상기 플라스마 처리 장치에 돌려감고, 또 상기 플라스마 발생용 코일형상 전극의 접지전극측에 미세 조정용 금속판을 설치함으로써, 보다 확실하게 각 플라스마 처리 장치를 동시에 방전시킬 수 있다.

즉, 1개의 고주파 전원으로 복수의 플라스마 처리 장치를 동시에 방전시켜 각 처리 챔버내의 피처리물에 대해서 동시에 또 균일하게 처리할 수 있다.

이하에 본 발명의 실시형태를 설명한다. 도 1은 본 발명의 동시 방전화 장치의 개략도이고, 도 2는 도 1의 한쪽의 플라스마 처리 장치의 부분 확대도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 유도 결합 플라스마 처리 장치(A) 및 (B)는 각각 베이스(1) 및 (1')에 놓이는 석영이나 알루미나 세라믹스제의 하부 챔버(2) 및 (2')와, 이들 하부 챔버(2) 및 (2') 위에 놓이는 석영이나 알루미나 세라믹스제의 상부 챔버(3) 및 (3'), 그리고 이들 상부 챔버(3) 및 (3') 위에 플랜지를 가지는 천판(天板)(4) 및 (4')를 구비하고 있다. 또한, 천판(4) 및 (4')로부터 반응가스가 도입되고 있다.

즉, 하부 챔버(2) 및 (2')는 각각 상부 챔버(3) 및 (3')와 연결되어 통하여, 하부 챔버(2) 및 (2')를 각각 피처리물(W) 및 (W')의 처리 영역으로 하고, 상부 챔버(3) 및 (3')를 각각 플라스마 발생 영역으로 하고 있다.

또한, 베이스(1) 및 (1')에는 각각 개구부(5) 및 (5')가 형성되고, 이들의 개구부 (5) 및 (5')의 아래쪽으로부터 각각 스테이지(6) 및 (6')가 접하고 있다. 이들 스테이지(6) 및 (6')는 웨이퍼 등의 피처리물(W) 및 (W')를 올려놓고 승하강이 가능해지는 동시에 히터가 내장되어 있다. 더욱이, 개구부(5) 및 (5')의 내측 둘레에 각각 배기링(7) 및 (7')가 설치되어, 이들 배기링(7) 및 (7')에 형성된 구멍으로부터 배기를 행하도록 하고 있다. 또한, 이들의 배기링(7) 및 (7')는 발생한 플라스마가 새지 않도록 절연처리를 행하는 것이 바람직하다.

또한, 각각의 상부 챔버(3) 및 (3')의 외측에 투자율(透磁率)이 높은 알루미늄 합금제의 패러데이실드(8) 및 (8')가 배치되고, 더욱이 패러데이실드(8) 및 (8')가 외측 둘레에 각각 코일형상 전극(9) 및 (9')가 3회 돌려감겨 있다.

한편, 이 실시형태의 특징으로서, 도 1에 나타내는 바와 같이 고주파 전원(10)이 전력공급 라인(11)(즉, 전력공급 케이블)로 연결되어 있다. 이 고주파전원(10)의 주파수는 400 KHz~27 MHz이다.

또한, 이 고주파 전원(10)의 한쪽 끝은 접지되고, 다른쪽 끝은 M점에서 분지되어 있다. 분지된 고주파 전원(10)은 전력공급 라인(11)을 통하여 각각 솔리드 콘덴서(즉 고정 콘덴서)(12) 및 (12')에 연결되고, 상기 솔리드 콘덴서(12) 및 (12')는 각각 코일형상 전극(9) 및 (9')의 위쪽 끝에 연결되어 있다. 또한, 코일형상 전극(9) 및 (9')의 아래쪽 끝은 금속판(13) 및 (13')에 연결되고 나서 접지되어 있다.

그리고, 고정 콘덴서(12) 및 (12')의 임피던스는 한번 결정되면 그 후에는 크게 변하지 않는다. 이 실시예에서는 고정 콘덴서(12) 및 (12')의 임피던스는 각각 동일한 하류측에 있어서의 플라스마 발생용 코일형상 전극(9) 및 (9')의 임피던스의 2.3~2.7배로 하고 있다.

이와 같이 고주파 전원(10)으로부터 전력을 동시에 플라스마 처리 장치(A) 및 (B)에 균등하게 흐르게 하기 위해서는 고정 콘덴서(12) 및 (12')가 필요하지만, 고정 콘덴서(12) 및 (12')의 임피던스가 변하지 않기 때문에, 플라스마가 발생함으로써 외관상 가변하는 플라스마 발생용 코일형상 전극(9) 및 (9')의 임피던스의 크고 작음에 의하여 전력의 흐름은 한쪽으로 치우치게 된다.

그런데, 각 플라스마 처리 장치(A) 및 (B)의 임피던스는 각 플라스마 처리 장치측의 고정 콘덴서와 플라스마 발생용 코일형상 전극의 임피던스의 합으로 볼 수 있기 때문에, 각 고정 콘덴서의 임피던스를 각 플라스마 발생용 코일형상 전극의 임피던스 보다도 크게 설정하면 각 플라스마 발생용 코일형상 전극의 임피던스의 차이는 각 플라스마 처리 장치(A) 및 (B) 전체의 임피던스와 대비해 볼때 그다지 크지 않다. 그러나, 각 고정 콘덴서의 임피던스가 지나치게 커도, 또 지나치게 작아도 안정되고 균일하게 플라스마 처리를 할 수 없다.

따라서 예의연구한 바, 상기 고정 콘덴서의 임피던스가 동일한 하류측에 있어서의 상기 플라스마 발생용 코일형상 전극의 2.3~2.7배로 함으로써, 플라스마 발생용 코일형상 전극의 임피던스가 다소 가변해도 동시에 방전할 수 있다.

고정 콘덴서의 임피던스가 플라스마 발생용 코일형상 전극의 임피던스의 2.3배 미만인 경우는 방전은 어느 한쪽에서만 발생하여 동시 방전은 행해지지 않는다. 반대로 고정 콘덴서의 임피던스가 플라스마 발생용 코일형상 전극의 임피던스의 약 2.7배 이상인 경우는 콘덴서 자신의 저항이 지나치게 커져서 플라스마 효율이 나빠지므로 바람직하지 않다.

또한, 플라스마 처리 장치(A) 및 (B)는 동시에 방전할 수 있지만, 각 플라스마 처리 장치(A) 및 (B)에 분배된 전력은 균일하지 않으면 애싱 또는 에칭 등의 비율에 차가 발생한다. 이 실시예에서는 콘덴서(12) 및 (12') 끼리의 차이를 설정값 ±5% 이내(바람직하게는 2%)로 설정한다. 즉, 고정 콘덴서 끼리의 차이를 작게 함으로써 보다 균일하게 전력을 분배할 수 있다.

더욱이, 각 플라스마 처리 장치 사이의 전력을 균일하게 하기 위해서, 이 실시예에서는 금속판(13) 및 (13')가 미세 조정용으로서 각각 코일형상 전극(9) 및 (9')의 아래쪽 끝의 접지측에 설치되어 있다. 이들 금속판 중, 금속판(13)을 확대하여 도 2에 나타낸다. 금속판에는 홀수의 구멍이 뚫려 있고, 그 중심의 구멍을 최초의 설정위치로 하고 있다. 복수의 플라스마 처리 장치 중 비율이 낮은 어느 한쪽은 그 금속판의 구멍을 하나 늘이는 방향으로 옮겨 놓는다. 반대의 경우는 줄어드는 방향으로 옮겨 놓는다. 이와 같이 금속판의 구멍을 하나씩 옮겨 놓음으로써, 각 플라스마 처리 장치의 비율을 거의 동일하게 조정할 수 있다.

이상에 있어서, 고주파 전원(10)으로부터의 전력이 분지점(M)에서 분지되어, 각각 고정 콘덴서(12) 및 (12')를 통하여 플라스마 처리 장치(A) 및 (B)에 인가되면 코일형상 전극(9) 및 (9')의 축방향 전기장이 패러데이실드(8) 및 (8')에 의하여 전기적으로 단락되고, 그 결과 상부 챔버(3) 및 (3')내에 용량 결합형 플라스마의 발생이 억제되어 주로 유도 결합형 플라스마가 발생한다.

그리고, 발생한 유도 결합형 플라스마는 천판(4) 및 (4')로부터 도입된 반응가스와 함께 각각 하부 챔버(2) 및 (2')내에 도입되어, 스테이지(6) 및 (6') 위에 놓여 있는 웨이퍼 등의 피처리물(W) 및 (W')에 대해서 애싱이나 에칭 등 소정의 처리를 행한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 고주파 전원으로부터의 전력공급 라인이 분지부로부터 각각의 상기 플라스마 처리 장치에 대해서 분지됨으로써, RF 전력을 동시에 각 플라스마 처리 장치에 흐르게 할 수 있다. 또한, 고주파 전원의 분지부의 하류측에서 각각의 상기 플라스마 처리 장치 사이에 각각 고정 콘덴서가 설치되고, 또한 예를 들면 상기 고정 콘덴서의 임피던스를 상기 플라스마 발생용코일형상 전극의 동일한 하류측에 있어서의 임피던스의 2.3~2.7배로 함으로써, 1개의 고주파 전원으로부터 각 플라스마 처리 장치에 동시에 방전할 수 있다.

또한, 고정 콘덴서끼리의 차이를 ±5% 이내로 설정함으로써, 각 플라스마 처리 장치의 챔버에 대해서 RF 전력을 균등하게 분배할 수 있다. 더욱이, 플라스마 발생용 코일형상 전극은 상기 플라스마 처리 장치에 돌려감고, 또 상기 플라스마 발생용 코일형상 전극의 접지전극측에 미세 조정용 금속판을 설치함으로써 보다 확실하게 각 플라스마 처리 장치를 동시에 방전시킬 수 있다.

즉, 1개의 고주파 전원으로 복수의 플라스마 처리 장치를 동시에 방전시켜, 각 처리 챔버내의 피처리물에 대해서 동시에 또 균일하게 처리할 수 있다.

Claims

1개의 고주파 전원으로 복수의 플라스마 처리 장치를 동시에 방전시키는 동시 방전화 장치로서, 상기 복수의 플라스마 처리 장치는 플라스마 발생용 전극이 코일형상인 유도 결합 플라스마를 주로 하는 플라스마 처리 장치이고, 상기 고주파 전원으로부터의 전력공급 라인이 분지부로부터 각각의 상기 플라스마 처리 장치에 대해서 분지되며, 또 상기 분지부의 하류측에서 각각의 상기 플라스마 처리 장치와의 사이에 고정 콘덴서가 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 동시 방전화 장치.

제1항에 있어서, 상기 고정 콘덴서의 임피던스가 동일한 하류측에 있어서의 상기 플라스마 발생용 코일형상 전극의 임피던스의 2.3~2.7배인 것을 특징으로 하는 동시 방전화 장치.

제1항에 있어서, 상기 고정 콘덴서끼리의 차이가 ±5% 이내인 것을 특징으로 하는 동시 방전화 장치.

제1항에 있어서, 상기 플라스마 발생용 코일형상 전극은 상기 플라스마 처리 장치에 돌려감고, 또 상기 플라스마 발생용 코일형상 전극의 접지전극측에 금속판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 동시 방전화 장치.