KR20040063825A

KR20040063825A - 플라즈마 처리 장치 및 포커스 링

Info

Publication number: KR20040063825A
Application number: KR1020040000823A
Authority: KR
Inventors: 엔도쇼스케; 히모리신지
Original assignee: 동경 엘렉트론 주식회사
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2004-07-14
Also published as: CN1518073A; TW200416801A; JP2009177199A; JP4421305B2; US7850174B2; CN101996843A; KR100657054B1; US8114247B2; US20110048643A1; TWI357091B; JP2004235623A; US20040134618A1; CN101996843B; JP5079729B2

Abstract

피처리 기판의 전면에 걸쳐 균일한 플라즈마 처리를 실시할 수 있어, 종래에 비해 플라즈마 처리의 면내 균일성의 향상을 도모할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 포커스 링을 제공한다.

반도체 웨이퍼 W가 탑재되고, 하부 전극을 겸한 서셉터(2) 상에는 반도체 웨이퍼 W의 주위를 둘러싸도록, 포커스 링(6)이 마련되어 있다. 포커스 링(6)은 반도체 웨이퍼 W의 외주연부로부터 간격을 마련하여 반도체 웨이퍼 W의 주위를 둘러싸도록 배치된 박판 형상의 링 부재(6a)와, 반도체 웨이퍼 W와 박판 형상의 링 부재(6a) 사이에 위치하도록, 또한 반도체 웨이퍼 W 및 박판 형상의 링 부재(6a)의 하측에 위치하도록 배치된 하측 링(6b)으로 구성되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 포커스 링{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND FOCUS RING}

본 발명은 예를 들면, 플라즈마 에칭 등의 소정의 처리를 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판에 실시하는 플라즈마 처리 장치 및 포커스 링에 관한 것이다.

종래부터, 반도체 장치나 LCD의 제조공정 등에서는 반도체 웨이퍼나 LCD 기판 등의 피처리 기판에 플라즈마를 작용시켜 소정의 처리, 예를 들면 성막 처리나 에칭 처리 등을 실시하는 플라즈마 처리가 실행되고 있다.

이러한 플라즈마 처리중 예를 들면, 평행 평판형의 에칭 장치를 이용한 플라즈마 에칭 처리에서는 피처리 기판을 플라즈마 처리실내에 마련된 탑재대(서셉터)상에 탑재하고, 플라즈마 처리실내에 플라즈마를 발생시키며, 이 플라즈마를 피처리 기판에 작용시켜 플라즈마 에칭 처리를 실행한다. 또, 이러한 플라즈마 에칭 처리를 실행할 때에, 피처리 기판의 주연부(周緣部)에 있어서의 플라즈마의 불연속성을 완화시키고, 특히 피처리 기판의 주연부에 있어서의 플라즈마 에칭 처리의 상태를 개선하여 플라즈마 에칭 처리의 면내 균일성을 향상시킬 목적 등을 위해, 종래부터 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록, 소위 포커스 링을 배치하는 것이 실행되고 있다(예를 들면, 특허 문헌1 참조).

도 8은 이러한 플라즈마 에칭 처리를 실행하는 평행 평판형의 에칭 장치의 주요부 구성을 도시하는 것으로서, 동일 도면에 있어서 부호(50)는 도시하지 않는 플라즈마 처리실내에 배치된 탑재대(서셉터)를 나타내고 있다.

이 서셉터(50)는 하부 전극을 겸한 것이며, 도전성을 갖는 재료 예를 들면 표면에 양극 산화 피막(알루마이트)이 형성된 알루미늄 등으로 대략 원판 형상으로 구성되어 있다.

상기 서셉터(50)의 반도체 웨이퍼 W의 탑재면에는, 정전 척용 전극(51a)를 절연성 재료로 이루어지는 절연막(51b) 내에 개재시켜 구성된 정전 척(51)이 마련되어 있다. 또, 서셉터(50) 상에는 반도체 웨이퍼 W의 주위를 둘러싸도록, 환(고리) 형상으로 구성된 포커스 링(52)이 탑재되어 있다.

서셉터(50)는 상술한 바와 같이 알루미늄 등으로 구성되어 있기 때문에, 반도체 웨이퍼 W의 윗쪽에 형성되는 플라즈마에 직접 노출되는 부위가 있으면, 그 부분이 플라즈마에 의해서 스퍼터링되어, 반도체 웨이퍼 W에 바람직하지 않은 알루미늄 등을 포함하는 스퍼터막이 형성될 가능성이 있다.

이 때문에, 도 8에 도시하는 바와 같이, 서셉터(50)의 웨이퍼 탑재면(정전 척(51)이 형성되어 있는 부분)의 직경은 반도체 웨이퍼 W의 직경보다 약간(예를 들면 4㎜ 정도) 작게 되어 있다. 그리고, 포커스 링(52)의 하측 부분의 내경을 반도체 웨이퍼 W의 직경보다 작게 하는 것에 의해서, 반도체 웨이퍼 W의 단부 하측 부분에까지 포커스 링(52)의 하측 부분이 연장하도록 하고, 상측에서 본 경우에, 서셉터(50)의 상면에 직접 노출되어 있는 부위가 없도록 구성되어 있다.

한편, 포커스 링(52)의 상면은 반도체 웨이퍼 W의 표면과 대략 동일한 높이로 되어 있다. 이 때문에, 포커스 링(52)의 전체의 두께는 반도체 웨이퍼 W의 두께(예를 들면, 0.8㎜)에 비해 상당히 두껍게 형성되어 있다.

상술한 바와 같이, 종래의 플라즈마 처리 장치에서는 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 포커스 링을 마련하는 것에 의해서, 플라즈마 에칭 처리의 면내 균일성의 향상이 도모되고 있다.

그러나, 이러한 포커스 링을 이용한 플라즈마 처리 장치에 있어서도, 더욱 플라즈마 에칭 처리의 면내 균일성을 향상시키는 것이 필요하게 되고 있다.

[특허 문헌1]

일본 특허공개 2002-246370호 공보(제2∼제5 페이지, 도 1∼도 6)

본 발명의 목적은 이러한 종래의 사정에 대처하여 이루어진 것으로서, 피처리 기판의 전면에 걸쳐 균일한 플라즈마 처리를 실시할 수 있어, 종래에 비해 플라즈마 처리의 면내 균일성의 향상을 도모할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 포커스 링을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 관점에 따른 플라즈마 처리장치는 플라즈마 처리실과, 상기 플라즈마 처리실내에 배치되고, 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 피처리 기판의 외주연부로부터 간격을 마련하여 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 링 부재와, 상기 피처리 기판 및 상기 링 부재의 하측에 위치하도록 배치된 하측 링을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 관점에 따른 플라즈마 처리장치는 상기 제1 관점에 기재된 플라즈마 처리장치로서, 상기 피처리 기판의 단위 면적당의 임피던스에 대한 상기 링 부재의 단위 면적당의 임피던스의 비가 5이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3 관점에 따른 플라즈마 처리장치는 상기 제2 관점에 기재된 플라즈마 처리장치로서, 상기 피처리 기판의 단위 면적당의 임피던스에 대한 상기 링 부재의 단위 면적당의 임피던스의 비가 3이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4 관점에 따른 플라즈마 처리장치는 상기 제3 관점에 기재된 플라즈마 처리장치로서, 상기 피처리 기판의 단위 면적당의 임피던스에 대한 상기 링 부재의 단위 면적당의 임피던스의 비가 1.5이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제5 관점에 따른 플라즈마 처리장치는 상기 제1 관점에 기재된 플라즈마 처리장치로서, 상기 링 부재를 구성하는 재료가 상기 피처리 기판과 실질적으로 임피던스가 동일한 재료이며, 상기 링 부재의 두께가 상기 피처리 기판의 두께의 5배 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제6 관점에 따른 플라즈마 처리장치는 상기 제1 관점에 기재된 플라즈마 처리장치로서, 상기 링 부재를 구성하는 재료가 상기 피처리 기판과 동일한재료이며, 상기 링 부재의 두께가 상기 피처리 기판의 두께의 5배 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제7 관점에 따른 플라즈마 처리장치는 상기 제6 관점에 기재된 플라즈마 처리장치로서, 상기 피처리 기판이 두께 0.8㎜의 실리콘제의 반도체 웨이퍼이며, 상기 링 부재가 두께 4㎜ 이하의 실리콘제 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제8 관점에 따른 플라즈마 처리장치는 상기 제6 관점에 기재된 플라즈마 처리장치로서, 상기 피처리 기판이 실리콘제의 반도체 웨이퍼이며, 상기 링 부재가 상기 반도체 웨이퍼와 대략 동일한 두께의 실리콘제 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제9 관점에 따른 플라즈마 처리장치는 상기 제1 관점에 기재된 플라즈마 처리장치로서, 상기 링 부재가 SiC, 또는 표면에 용사막이 형성된 알루미늄, 또는 석영 또는 세라믹스로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제10 관점에 따른 플라즈마 처리장치는 상기 제1 관점에 기재된 플라즈마 처리장치로서, 상기 탑재대가 도전성의 하부 전극을 갖고, 상기 링 부재가 상기 하부 전극 표면에 용사에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제11 관점에 따른 플라즈마 처리장치는 상기 제1 관점에 기재된 플라즈마 처리장치로서, 상기 하측 링이 상기 플라즈마 처리실내에 형성된 플라즈마로부터 상기 탑재대를 보호하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제12 관점에 따른 플라즈마 처리장치는 플라즈마 처리실과, 상기플라즈마 처리실내에 배치되고, 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 피처리 기판의 외주연부로부터 간격을 마련하여 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 링 부재와, 상기 피처리 기판 및 상기 링 부재의 하측에 위치하도록 배치된 상기 탑재 대상의 정전 척을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제13 관점에 따른 플라즈마 처리장치는 플라즈마 처리실과, 상기 플라즈마 처리실내에 배치되고, 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 피처리 기판의 외주연부로부터 간격을 마련하여 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 링 부재를 갖고, 상기 피처리 기판의 단위 면적당의 임피던스에 대한 상기 링 부재의 단위 면적당의 임피던스의 비가 5이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제14 관점에 따른 포커스 링은 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 처리실내에 배치된 탑재 대상에, 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 마련된 포커스 링으로서, 상기 피처리 기판의 외주연부로부터 간격을 마련하여 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 링 부재와, 상기 피처리 기판 및 상기 링 부재의 하측에 위치하도록 배치된 하측링으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제15 관점에 따른 포커스 링은 상기 제14 관점에 기재된 포커스 링으로서, 상기 피처리 기판의 단위 면적당의 임피던스에 대한 상기 링 부재의 단위 면적당의 임피던스의 비가 5이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제16 관점에 따른 포커스 링은 상기 제14 관점에 기재된 포커스 링으로서, 상기 링 부재를 구성하는 재료가 상기 피처리 기판과 실질적으로 임피던스가 동일한 재료이며, 상기 링 부재의 두께가 상기 피처리 기판의 두께의 5배 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제17 관점에 따른 포커스 링은 상기 제14 관점에 기재된 포커스 링으로서, 상기 링 부재를 구성하는 재료가 상기 피처리 기판과 동일한 재료이며, 상기 링 부재의 두께가 상기 피처리 기판의 두께의 5배 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제18 관점에 따른 포커스 링은 상기 제14 관점에 기재된 포커스 링으로서, 상기 링 부재가 SiC, 또는 표면에 용사막이 형성된 알루미늄, 또는 석영 또는 세라믹스로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제19 관점에 따른 포커스 링은 상기 제14 관점에 기재된 포커스 링으로서, 상기 링 부재가 도전성의 하부 전극 표면에 용사에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제20 관점에 따른 포커스 링은 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 처리실내에 배치된 탑재대 상에, 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 마련된 포커스 링으로서, 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 링 부재로 이루어지고, 상기 피처리 기판의 단위 면적당의 임피던스에 대한 상기 링 부재의 단위 면적당의 임피던스의 비가 5이하인 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 처리 장치의 개략 구성을 도시하는 도면,

도 2는 도 1의 처리 장치의 주요부 개략 구성을 도시하는 도면,

도 3은 포커스 링 두께에 따른 에칭 레이트의 균일성의 상이를 도시하는 도면,

도 4는 임피던스의 비와 에칭 레이트의 균일성의 관계를 도시하는 도면,

도 5는 도 1의 처리 장치의 주요부 개략 구성의 변형예를 도시하는 도면,

도 6은 도 1의 처리 장치의 주요부 개략 구성의 변형예를 도시하는 도면,

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 처리 장치의 주요부 개략 구성을 도시하는 도면,

도 8은 종래의 플라즈마 처리 장치의 주요부 개략 구성을 도시하는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

W : 반도체 웨이퍼

1 : 처리 챔버

2 : 서셉터(suscepter)

3 : 정전 척

6 : 포커스 링

6a : 박판 형상의 링 부재

6b : 하측 링

76a : 용사(溶射) 링

이하, 본 발명의 상세를 도면을 참조하여 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(플라즈마 에칭 장치) 전체의 개략 구성을 모식적으로 도시하는 것이다. 동일 도면에 있어서, 부호(1)는 플라즈마 처리실을 구성하는 원통 형상의 처리챔버를 나타내고 있다. 처리챔버의 재질은 예를 들면 표면에 양극 산화막(알루마이트)이 형성된 알루미늄 등으로 이루어지고, 처리챔버의 내부는 기밀하게 폐색(閉塞) 가능하게 구성되어 있다.

상기 처리 챔버(1)는 접지 전위에 접속되어 있고, 처리챔버(1)의 내부에는 하부 전극을 겸한 서셉터(탑재대)(2)가 마련되어 있다. 이 서셉터의 재질은 예를 들면 표면에 양극 산화막(알루마이트)이 형성된 알루미늄 등이다.

이 서셉터(2)의 반도체 웨이퍼 W 탑재면에는 정전 척(3)이 마련되어 있다. 이 정전 척(3)은 도 2에 도시하는 바와 같이, 정전 척용 전극(3a)을 예를 들면, 폴리이미드 등의 절연성 재료로 이루어지는 절연막(3b)내에 개재시킨 구성으로 되어 있다.

상기 서셉터(2)는 세라믹 등의 절연판(4)을 거쳐서 처리챔버(1)내에 지지되어 있고, 정전 척(3)의 정전 척용 전극(3a)에는 직류 전원(5)이 접속되어 있다.

또, 서셉터(2) 상에는 반도체 웨이퍼 W의 주위를 둘러싸도록, 환 형상으로 형성된 포커스 링(6)이 마련되어 있다. 이 포커스 링(6)의 구성에 대해서는 나중에 상세하게 설명한다.

또, 서셉터(2)의 내부에는 온도 제어를 위한 열 매체로서의 절연성 유체를 순환시키기 위한 열 매체 유로(7)와, 헬륨 가스 등의 온도 제어용의 가스를 반도체 웨이퍼 W의 이면에 공급하기 위한 가스 유로(8)가 마련되어 있다.

그리고, 열 매체 유로(7)내에 소정 온도로 제어된 절연성 유체를 순환시키는 것에 의해서, 서셉터(2)를 소정 온도로 제어하고 있다. 또, 이 서셉터(2)와 반도체 웨이퍼 W의 이면 사이로 가스 유로(8)를 거쳐서 온도 제어용의 가스를 공급해서 이들 사이의 열교환을 촉진시키고 있는 것에 의해서, 반도체 웨이퍼 W를 정밀도 좋게 또한 효율적으로 소정 온도로 제어할 수 있게 되어 있다.

또, 서셉터(2)의 거의 중앙에는 고주파 전력을 공급하기 위한 급전선(給電線)(10)이 접속되어 있다. 이 급전선(10)에는 정합기(11)를 거쳐서 고주파 전원(RF 전원)(12)이 접속되어 있다. 고주파 전원(12)으로부터는 소정의 주파수의 고주파 전력이 공급되도록 되어 있다.

또, 상술한 포커스 링(6)의 외측에는 환 형상으로 구성되고, 다수의 배기공이 형성된 배기 링(13)이 마련되어 있다. 이 배기 링(13)을 거쳐서 배기 포트(14)에 접속된 배기계(15)의 진공 펌프 등에 의해, 처리챔버(1) 내의 처리 공간의 진공 배기가 실행되도록 구성되어 있다.

한편, 서셉터(2)의 윗쪽의 처리챔버(1)의 천정벽 부분에는 샤워 헤드(16)가 서셉터(2)와 평행하게 대향하도록 마련되어 있다. 또, 이 샤워 헤드(16)는 접지되어 있다. 따라서, 이들 서셉터(2) 및 샤워 헤드(16)는 한쌍의 전극(상부 전극과 하부 전극)으로서 기능하도록 되어 있다.

상기 샤워 헤드(16)는 그의 하면에 다수의 가스 토출공(17)이 마련되어 있고, 또한 그의 상부에 가스 도입부(18)를 갖고 있다. 그리고, 그의 내부에는 가스 확산용 공극(19)이 형성되어 있다. 가스 도입부(18)에는 가스 공급 배관(20)이 접속되어 있고, 이 가스 공급 배관(20)의 타단에는 가스 공급계(21)가 접속되어 있다. 이 가스 공급계(21)는 가스 유량을 제어하기 위한 MFC(Mass Flow Controller)(22), 예를 들면 에칭용의 처리 가스 등을 공급하기 위한 처리 가스 공급원(23) 등으로 구성되어 있다.

한편, 처리챔버(1)의 외측 주위에는 처리챔버(1)와 동심 형상으로, 환 형상의 자장 형성 기구(링 자석)(24)가 배치되어 있어, 서셉터(2)와 샤워 헤드(16) 사이의 처리 공간에 자장을 형성하도록 되어 있다. 이 자장 형성 기구(24)는 회전 기구(25)에 의해서 그 전체가 처리챔버(1)의 주위를 소정의 회전 속도로 회전가능하게 되어 있다.

다음에, 상술한 포커스 링(6)의 구성에 대해서 설명한다. 포커스 링(6)은 도 2에도 도시하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼 W의 외주연부로부터 간격을 마련하여 반도체 웨이퍼 W의 주위를 둘러싸도록 배치된 박판 형상의 링 부재(6a)와, 하측 링(하측 링 부재)(6b)으로 구성되어 있다. 하측 링(6b)은 반도체 웨이퍼 W와 박판 형상의 링 부재(박형 링)(6a) 사이에 위치하도록, 또한 반도체 웨이퍼 W 및 박판 형상의 링 부재(6a)의 하측에 위치하도록 배치되어 있으므로, 서셉터(2)가 처리 공간 내의 플라즈마에 갭을 통해 직접 노출되지 않게 된다. 또한, 하측 링(6b)은 서셉터(2)에 형성된 홈내에 수용되도록 탑재되어 있다. 이 하측 링(6b)은 서셉터(2)의 표면을 보호하는 역할을 하고, 또한 플라즈마에 의해서 소모하므로 소모품으로서 교환 가능하게 되어 있다.

또, 상기 구성의 포커스 링(6)에 있어서, 박판 형상의 링 부재(6a)의 단위면적당의 임피던스(고주파에 대한 임피던스)는 반도체 웨이퍼 W의 단위 면적당의 임피던스의 5배 이내로 되도록 설정된다.

본 제1 실시예에서는 상기 박판 형상의 링 부재(6a) 및 하측 링(6b) 모두 반도체 웨이퍼 W의 재질과 동일한 실리콘으로 구성되어 있다. 이 경우, 박판 형상의 링 부재(6a)의 두께를 반도체 웨이퍼 W의 두께(0.8㎜)의 5배 이하(4.0㎜ 이하)로 하는 것에 의해, 박판 형상의 링 부재(6a)의 단위 면적당의 임피던스를 반도체 웨이퍼 W의 단위 면적당의 임피던스의 5배 이내로 할 수 있다. 그러나, 본 제1 실시예에서는 도 2에 도시하는 바와 같이, 박판 형상의 링 부재(6a)의 두께는 반도체 웨이퍼 W의 두께와 대략 동일하게 되어 있다.

따라서, 박판 형상의 링 부재(6a)의 단위 면적당의 임피던스는 반도체 웨이퍼 W의 단위 면적당의 임피던스와 대략 동일하게 되어 있다.

상기와 같이, 박판 형상의 링 부재(6a)의 단위 면적당의 임피던스를 반도체 웨이퍼 W의 단위 면적당의 임피던스의 5배 이내로 설정하는 것은 이하의 이유에 따른다.

즉, 본 발명자들이 엄밀히 조사한 바, 도 8에 도시한 구성의 종래의 포커스 링(52)을 이용한 경우, 반도체 웨이퍼 W의 윗쪽에 형성되는 시스의 시스 전압과 포커스 링(52)의 윗쪽에 형성되는 시스의 시스 전압에, 도면중 점선으로 표시되는 바와 같은 상이(차이)가 발생했다. 이러한 시스 전압의 불연속성이 반도체 웨이퍼의 주연부에 있어서의 플라즈마 에칭 처리의 상태의 불균일성의 한가지 원인으로 되고 있다고 고려되기 때문에, 상기의 시스 전압을 균일화하는 것에 의해서, 에칭 처리의 균일성을 향상시킬 수 있을 것으로 예측했다.

그리고, 포커스 링의 단위 면적당의 임피던스를 반도체 웨이퍼 W의 단위 면적당의 임피던스에 접근시키는 것에 의해서, 상기와 같은 시스 전압을 균일화하여, 에칭 처리의 균일성을 향상시킬 수 있을 것으로 고려했다. 반도체 웨이퍼 W와 동일한 재질인 실리콘을 이용하여, 두께가 8㎜, 4㎜, 2.4㎜인 3종류의 포커스 링을 제작하고, 실제로 에칭 처리를 실행했다.

도 3은 종축을 규격화된 에칭 레이트(웨이퍼 중심으로부터 135㎜의 위치의 에칭 레이트를 기준으로 함), 횡축을 웨이퍼 중심으로부터의 거리로 하여 상기의 에칭 처리의 결과를 도시하는 것이다. 동일 도면에 도시하는 바와 같이, 두께가 얇은 (따라서, 단위 면적당의 임피던스가 반도체 웨이퍼 W에 가까운) 포커스 링을 이용하는 것에 의해서, 특히 반도체 웨이퍼 W의 주연부에 있어서의 에칭 레이트의 균일성을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.

도 4는 종축을 반도체 웨이퍼 W 단부에 있어서의 에칭 레이트의 균일성(uniformity)(±%), 횡축을 단위 면적당의 임피던스의 비(포커스 링의 단위 면적당의 임피던스/반도체 웨이퍼 W의 단위 면적당의 임피던스)로 하여 상기의 결과를 도시한 것이다.

동일 도면에 도시하는 바와 같이, 박판 형상의 링 부재(6a)의 단위 면적당의 임피던스를, 반도체 웨이퍼 W의 단위 면적당의 임피던스의 5배 이내로 하는 것에 의해, 상기의 에칭 레이트의 균일성을 많은 제조공정에 있어서 요구되는 ±5% 이내로 할 수 있다.

또한, 제조공정에 따라서는 에칭 레이트의 균일성을 ±3% 이내로 하는 것이 요구되는 경우가 있다. 이 경우는, 동일 도면에 도시하는 바와 같이, 박판 형상의 링 부재(6a)의 단위 면적당의 임피던스를 반도체 웨이퍼 W의 단위 면적당의 임피던스의 4배 이내로 하는 것에 의해서, 상기 요구를 충족시킬 수 있다.

또, 박판 형상의 링 부재(6a)의 단위 면적당의 임피던스를 반도체 웨이퍼 W의 단위 면적당의 임피던스의 3배 이내, 또한 1.5배 이내로 하는 것에 의해, 에칭 레이트의 균일성을 더욱더 증대할 수 있다.

또, 상기의 실시예에서는 박판 형상의 링 부재(6a)의 재질로서, 반도체 웨이퍼 W와 동일한 재질의 실리콘을 이용한 경우에 대해서 설명했지만, 다른 재질 예를 들면 SiC, 표면에 용사막(Y₂O₃ 용사막 등)이 형성된 알루미늄, 석영, 세라믹스 등을 이용할 수 있다. 이 경우, 반도체 웨이퍼 W와는 유전율, 도전율 등이 다르기 때문에, 임피던스의 비와 두께의 관계는 상기와는 다른 것으로 된다.

그런데, 실제로는 반도체 웨이퍼 W는 실리콘 기판(Si) 이외에, 산화막(SiO₂), 질화막(SiN), 폴리 실리콘, 금속막, 1ow-k막 등으로 구성되어 있다. 그러나, 그 반도체 웨이퍼 W의 임피던스가 실리콘 기판(Si)의 임피던스에 의해서 지배적이면, 상기의 산화막(SiO₂) 등의 임피던스를 고려하지 않고 실리콘 기판(Si)의 임피던스를 반도체 웨이퍼 W의 임피던스로 간주할 수 있다.

따라서, 실리콘 기판(Si)의 임피던스와 임피던스가 동일한 재료(예를 들면 실리콘)는 반도체 웨이퍼 W(피처리 기판)와 실질적으로 임피던스가 동일하다고 간주할 수 있다. 또, 실리콘 이외에, 예를 들면 SiC 등의 임피던스를 제어할 수 있는 재료를 이용하면, 실리콘 기판(Si)의 임피던스와 실질적으로 동일하게 할 수 있다.

또, 박판 형상의 링 부재(6a)에 예를 들면 Al₂O₃나 Y₂O₃와 같은 피막을 마련한 경우, 이들 피막이 박판 형상의 링 부재(6a) 전체의 단위 면적당의 임피던스에 큰 영향을 미치지 않을 정도의 것이면, 고려할 필요는 없다. 박판 형상의 링 부재(6a)의 재료(모재) 및 두께, 피막의 재료 및 두께에 따라서, 피막이 갖는 임피던스의 영향이 크면, 그 피막이 갖는 임피던스를 고려하여 박판 형상의 링 부재(6a)의 재료, 두께, 피막의 재료, 두께를 설정할 필요가 있다.

상기한 바와 같이, 박판 형상의 링 부재(6a)는 예를 들면 도 8에 도시한 종래의 포커스 링(52) 등과 비교한 경우, 그 두께가 얇아진다. 특히, 본 제1 실시예에서는 박판 형상의 링 부재(6a)의 두께가 반도체 웨이퍼 W와 대략 동일하게 되어 있기 때문에, 반도체 웨이퍼 W의 단부 하측에 이 박판 형상의 링 부재(6a)를 배치할 수가 없다. 이 때문에, 본 제1 실시예에서는 박판 형상의 링 부재(6a)와 하측 링(6b)에 의해서 포커스 링(6)을 구성한다.

또, 이 하측 링(6b)을 반도체 웨이퍼 W와 박판 형상의 링 부재(6a) 사이에 위치하도록, 또한 반도체 웨이퍼 W 및 박판 형상의 링 부재(6a)의 하측에 위치하도록 배치하여, 서셉터(2)를 보호하도록 구성하고 있다.

단지, 도 5에 도시한 바와 같이, 박판 형상의 링 부재(6a)의 탑재면을 정전 척(3)의 탑재면보다 높게 하고, 정전 척(3)과 박판 형상의 링 부재(6a) 사이의 서셉터(2)가 플라즈마에 노출되는 부분에 용사막(52)을 설치하면, 도 8에 도시한 포커스 링(52)과 같은 형상이더라도, 하측 링(6b)을 생략하는 것이 가능하다. 도 5에서는 판 형상의 링 부재(6a)를 실리콘제로 하고, 그의 두께를 반도체 웨이퍼 W의 2배 정도로 하고 있다. 또한, 도 5에 있어서의 포커스 링은 도 1, 도 2에 도시한 박판 형상의 링 부재(6a)와 하측 링(6b)으로 이루어지는 포커스 링과는 달리, 박판 형상의 링 부재(6a)만의 구성으로 된다.

또, 도 6에 도시한 바와 같이, 반도체 웨이퍼 W의 탑재면에 마련되는 정전척(3)의 직경을 서셉터(2)와 대략 동일한 직경으로 하고, 반도체 웨이퍼 W와 박판 형상의 링 부재(6a)의 하측에 위치시키도록 구성하더라도 좋다. 이 경우, 하측 링(6b)을 생략할 수 있고, 박판 형상의 링 부재(6a)는 반도체 웨이퍼 W와 함께 정전 척(3)상에 탑재된다. 이러한 구성에 의해, 서셉터(2)를 플라즈마로부터 보호하면서, 하측 링(6b)을 생략하는 간이한 구성을 실현할 수 있다. 또, 도 6에 있어서의 포커스 링도 도 1, 도 2에 도시한 박판 형상의 링 부재(6a)와 하측 링(6b)으로 이루어지는 포커스 링과는 달리, 박판 형상의 링 부재(6a)만의 구성으로 된다.

또, 도 2 및 6에 도시된 바와 같이 본 제1 실시예에서는 상기와 같이 박판 형상의 링 부재(6a)의 두께를 반도체 웨이퍼 W의 두께와 대략 동일하게 하고 있기 때문에, 서셉터(2)의 박판 형상의 링 부재(6a)의 탑재면의 높이를 반도체 웨이퍼 W의 탑재면의 높이와 동일하게 할 수 있다. 따라서, 이들 탑재면의 랩핑 가공을 동시에 실행할 수 있어, 면 가공 정밀도를 좋게 할 수 있음과 동시에, 가공 비용도 저감할 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 점선은 반도체 웨이퍼 W의 상부에 형성된 시스의 시스전압과 박판 형상의 링 부재(6a)의 상부에 형성된 시스의 시스 전압을 나타내는 것이다.

다음에, 상기와 같이 구성된 플라즈마 에칭 장치에 의한 플라즈마 에칭 처리의 수순에 대해서 설명한다.

우선, 처리챔버(1)에 마련된 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하고, 이 게이트 밸브에 인접하여 배치된 로드록실(도시하지 않음)을 거쳐서, 반송기구(도시하지 않음)에 의해 반도체 웨이퍼 W를 처리챔버(1)내로 반입하고, 서셉터(2)상에 탑재한다. 그리고, 반송 기구를 처리챔버(1) 밖으로 퇴피시킨 후, 게이트 밸브를 닫는다. 또, 정전 척(3)의 정전 척용 전극(3a)에 직류 전원(5)으로부터 소정 전압의 직류 전압을 인가하는 것에 의해서, 반도체 웨이퍼 W를 흡착 유지한다.

그 후, 배기계(15)의 진공 펌프에 의해 처리챔버(1)내를 소정의 진공도, 예를 들면 1.33Pa∼133Pa로 배기하면서, 처리 가스 공급계(21)로부터 처리챔버(1)내로 소정의 처리 가스를 공급한다.

그리고, 이 상태에서 고주파 전원(12)으로부터 정합기(11)를 거쳐서 소정 주파수, 예를 들면 십수 ㎒∼백수십 ㎒의 고주파를 서셉터(2)에 인가한다. 서셉터(2)와 샤워 헤드(16) 사이의 공간에 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마에 의한 반도체 웨이퍼 W의 에칭을 실행한다.

본 제1 실시예에서는 이러한 플라즈마에 의한 반도체 웨이퍼 W의 에칭시에, 도 2에서 점선으로 나타내는 바와 같이, 반도체 웨이퍼 W 및 포커스 링(6)의 윗쪽에 균일한 시스 전압의 시스가 형성된다. 따라서, 반도체 웨이퍼 W의 전면에 걸쳐균일한 플라즈마 에칭 처리를 실시할 수 있어, 종래에 비해 플라즈마 에칭 처리의 면내 균일성의 향상을 도모할 수 있다.

또, 박판 형상의 링 부재(6a)의 두께가 종래에 비해 얇아져 있으므로, 그의 열 용량이 줄어 온도 변화의 반응이 좋아진다. 따라서, 복수회의 플라즈마 에칭 처리를 반복하여 실행해도 포커스 링의 온도가 항상 동일한 온도로 되어, 포커스 링의 경시적인 온도 변동에 의한 플라즈마 에칭 처리에 미치는 영향을 경감할 수 있다.

그리고, 반도체 웨이퍼 W에 소정의 에칭 처리가 실행되면, 고주파 전원(12)으로부터의 고주파 전력의 공급을 정지시키는 것에 의해, 플라즈마 에칭 처리를 정지하고, 상술한 수순과는 역 수순으로 반도체 웨이퍼 W를 처리챔버(1) 밖으로 반출한다.

다음에, 본 발명의 제2 실시예에 대해 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7에 있어서의 부호(76a)는 알루미늄 등으로 이루어지는 하부 전극(서셉터)(2) 상에 Si의 용사에 의해 형성된 용사 링(thermally sprayed ring)(링 부재)이며, 부호(72)는 하부 전극의 플라즈마 노출부를 피복하기 위한 Y₂O₃ 용사막이다.

본 제2 실시예에서는 제1 실시예에 있어서의 박판 형상의 링 부재(6a) 대신에, 링 부재로서 용사 링(76a)을 이용하고 있다. 전극상에 Si의 용사에 의해 용사 링(76a)을 형성하므로, 용사 링(76a)의 두께를 용이하게 반도체 웨이퍼 W의 두께와 동일 정도로 할 수 있다. 따라서, 용사 링(76a)의 단위 면적당의 임피던스를 반도체 웨이퍼 W의 단위 면적당의 임피던스와 대략 동일하게 할 수 있다.

용사 링(76a)은 대기 플라즈마 용사법(atomatic plasma spraying method), 플라즈마 용사법(plasma spraying method), 고속 프레임 용사법(high velocity flame spraying method), 폭발 용사법(detonation gun process) 등에 의해 형성할 수 있다. 용사 링(76a)의 두께는 반도체 웨이퍼 W의 두께와 동일 정도가 바람직하지만, 용사에 의해 형성하므로 반도체 웨이퍼 W보다 얇게 하는 것도 가능해진다. 또, 용사 링(76a)의 두께를 반도체 웨이퍼 W보다 두껍게 하는 것도 가능하다.

또, 용사 링(76a)은 Si에 한정되지 않고, SiC나 Y₂O₃, Al₂O₃, YF₃ 등의 재질이더라도 좋다. Y₂O₃ 용사막(72)도 용사 링(76a)의 재질과 마찬가지로 Si나 SiC, Al₂O₃, YF₃ 등의 용사막이더라도 좋다.

또한, 본 제2 실시예에 있어서의 포커스 링은 링 부재로서의 용사 링(76a)만의 구성이다.

또한, 상기의 실시예에서는 본 발명을 반도체 웨이퍼 W의 플라즈마 에칭에 적용한 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 LCD 기판의 플라즈마 처리 등에도 마찬가지로 해서 적용할 수 있는 것은 물론이다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 피처리 기판의 전면에 걸쳐 균일한 플라즈마 처리를 실시할 수 있어, 종래에 비해 플라즈마 처리의 면내 균일성의 향상을 도모할 수 있다.

Claims

플라즈마 처리실과,

상기 플라즈마 처리실내에 배치되고, 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와,

상기 피처리 기판의 외주연부로부터 간격을 마련하여 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 링 부재와,

상기 피처리 기판 및 상기 링 부재의 하측에 위치하도록 배치된 하측 링을 갖는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서,

상기 피처리 기판의 단위 면적당의 임피던스에 대한 상기 링 부재의 단위 면적당의 임피던스의 비는 5이하인 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리장치.
제2항에 있어서,

상기 피처리 기판의 단위 면적당의 임피던스에 대한 상기 링 부재의 단위 면적당의 임피던스의 비는 3이하인 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리장치.
제3항에 있어서,

상기 피처리 기판의 단위 면적당의 임피던스에 대한 상기 링 부재의 단위 면적당의 임피던스의 비는 1.5이하인 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서,

상기 링 부재를 구성하는 재료는 상기 피처리 기판과 실질적으로 임피던스가 동일한 재료이며,

상기 링 부재의 두께는 상기 피처리 기판의 두께의 5배 이하인 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리장치
제1항에 있어서,

상기 링 부재를 구성하는 재료는 상기 피처리 기판과 동일한 재료이며,

상기 링 부재의 두께는 상기 피처리 기판의 두께의 5배 이하인 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리장치.
제6항에 있어서,

상기 피처리 기판은 두께 0.8㎜의 실리콘제의 반도체 웨이퍼이며,

상기 링 부재는 두께 4㎜ 이하의 실리콘제 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리장치.
제6항에 있어서,

상기 피처리 기판은 실리콘제의 반도체 웨이퍼이며,

상기 링 부재는 상기 반도체 웨이퍼와 대략 동일한 두께의 실리콘제 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서,

상기 링 부재는 SiC, 또는 표면에 용사막이 형성된 알루미늄, 또는 석영 또는 세라믹스로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서,

상기 탑재대는 도전성의 하부 전극을 갖고,

상기 링 부재는 상기 하부 전극 표면에 용사에 의해서 형성된 것인 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서,

상기 하측 링은 상기 플라즈마 처리실내에 형성된 플라즈마로부터 상기 탑재대를 보호하는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리장치.
플라즈마 처리실과,

상기 플라즈마 처리실내에 배치되고, 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와,

상기 피처리 기판의 외주연부로부터 간격을 마련하여 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 링 부재와,

상기 피처리 기판 및 상기 링 부재의 하측에 위치하도록 배치된 상기 탑재 대상의 정전 척을 갖는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리장치.
플라즈마 처리실과,

상기 플라즈마 처리실내에 배치되고, 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와,

상기 피처리 기판의 외주연부로부터 간격을 마련하여 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 링 부재를 갖고,

상기 피처리 기판의 단위 면적당의 임피던스에 대한 상기 링 부재의 단위 면적당의 임피던스의 비는 5이하인 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
플라즈마 처리 장치의 플라즈마 처리실내에 배치된 탑재 대상에, 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 마련된 포커스 링으로서,

상기 피처리 기판의 외주연부로부터 간격을 마련하여 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 링 부재와,

상기 피처리 기판 및 상기 링 부재의 하측에 위치하도록 배치된 하측 링으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는

포커스 링.
제14항에 있어서,

상기 피처리 기판의 단위 면적당의 임피던스에 대한 상기 링 부재의 단위 면적당의 임피던스의 비는 5이하인 것을 특징으로 하는

포커스 링.
제14항에 있어서,

상기 링 부재를 구성하는 재료는 상기 피처리 기판과 실질적으로 임피던스가 동일한 재료이며,

상기 링 부재의 두께는 상기 피처리 기판의 두께의 5배 이하인 것을 특징으로 하는

포커스 링.
제14항에 있어서,

상기 링 부재를 구성하는 재료는 상기 피처리 기판과 동일한 재료이며,

상기 링 부재의 두께는 상기 피처리 기판의 두께의 5배 이하인 것을 특징으로 하는

포커스 링.
제14항에 있어서,

상기 링 부재는 SiC, 또는 표면에 용사막이 형성된 알루미늄, 또는 석영 또는 세라믹스로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는

포커스 링.
제14항에 있어서,

상기 링 부재는 도전성의 하부 전극 표면에 용사에 의해 형성된 것을 특징으로 하는

포커스 링.
플라즈마 처리 장치의 플라즈마 처리실내에 배치된 탑재대 상에, 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 마련된 포커스 링으로서,

상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 링 부재로 이루어지고,

상기 피처리 기판의 단위 면적당의 임피던스에 대한 상기 링 부재의 단위 면적당의 임피던스의 비는 5이하인 것을 특징으로 하는

포커스 링.