KR20070086378A - Plasma processing apparatus - Google Patents

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Abstract

Damage to a dielectric plate supporting unit and a metal vessel is kept to a minimum and the efficiency of plasma processing is improved. A resin layer is provided in a region where a dielectric plate and a processing vessel face each other. With this structure, particles and damage attributed to the difference of thermal expansion coefficients between the dielectric plate and the process vessel can be suppressed. In addition, local discharges at electric field boundaries such as edge portions of the dielectric plate are suppressed, thereby improving the efficiency of plasma processing such as formation of an oxide film.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}Plasma Processing Equipment {PLASMA PROCESSING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 일례를 도시한 개략도(단면도),1 is a schematic diagram (sectional view) showing an example of a configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 2는 실시예의 주요부의 구조를 도시하는 단면도,2 is a sectional view showing the structure of a main part of the embodiment;

도 3은 실시예의 효과를 도시하는 그래프로서, 처리 시간과 막 두께의 관계를 도시하는 도면,3 is a graph showing the effect of the embodiment, showing the relationship between the processing time and the film thickness;

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 주요부의 구조를 도시하는 단면도.4 is a sectional view showing a structure of a main part according to another embodiment of the present invention;

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10 : 플라즈마 처리 장치 11 : 처리 용기10 plasma processing apparatus 11 processing vessel

13 : 유전체판 14 : 슬롯판13: dielectric plate 14: slot plate

30 : 지지부 34 : O링30: support part 34: O-ring

36 : 수지층 W : 실리콘 웨이퍼36: resin layer W: silicon wafer

본 발명은 플라즈마를 이용하여 반도체 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히, 해당 플라즈마 처리 장치에 이용되는 처리 용기 및 유전체판의 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus for processing a semiconductor substrate using plasma, and more particularly to a structure of a processing vessel and a dielectric plate used in the plasma processing apparatus.

최근, 플라즈마를 이용한 반도체 기판의 처리 기술의 발달이 눈부시다. 플라즈마 처리에 의해, 처리 온도를 종래에 비하여 대폭 저온화할 수 있는 등의 장점이 있다. 플라즈마 처리 장치는 일반적으로 반도체 기판을 수용한 처리 용기와, 상기 처리 용기에 전자파를 공급하는 전자파 공급부와; 전자파 공급부와 처리 용기 사이에 배치된 유전체판(유전체창)을 구비하고 있다. 이러한 구성의 장치에 있어서, 처리 용기내에 처리에 따른 혼합 가스를 도입하고, 마이크로파 등의 전자파에 의해 플라즈마를 여기한다. 유전체판과 처리 용기 사이에는 O링 등의 밀봉 수단이 배치되어, 처리 용기를 진공 밀봉하고 있다.In recent years, the development of the processing technology of a semiconductor substrate using plasma is remarkable. There is an advantage that the treatment temperature can be significantly lowered compared to the conventional one by the plasma treatment. The plasma processing apparatus generally includes a processing container accommodating a semiconductor substrate, an electromagnetic wave supply unit for supplying electromagnetic waves to the processing container; A dielectric plate (dielectric window) is disposed between the electromagnetic wave supply unit and the processing container. In the apparatus of such a structure, the mixed gas according to a process is introduce | transduced into a process container, and a plasma is excited by electromagnetic waves, such as a microwave. A sealing means such as an O-ring is disposed between the dielectric plate and the processing container to vacuum seal the processing container.

그러나, 종래의 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 유전체판과 금속제의 처리 용기의 접점부에 있어서, 양자의 열팽창율의 차이에 의해, 금속제 용기의 마찰, 마모 등의 파티클(particle)이 발생하고 있었다. 최악의 경우에는, 유전체판의 파손 등의 손상이 발생했다. 또한, 유전체판의 에지부 등의 전계(電界) 경계부에서 국소 방전이 발생해, 금속제 용기가 손상될 뿐만 아니라, 산화막의 성막 등의 플라즈마 처리의 효율을 저하시켰다.However, in the conventional plasma processing apparatus, particles, such as friction and abrasion, of metal containers are generated due to the difference in thermal expansion coefficients between the dielectric plates and the contact portions of the metal processing containers. In the worst case, damage such as breakage of the dielectric plate occurred. In addition, local discharge occurs at an electric field boundary such as an edge portion of the dielectric plate, which not only damages the metal container but also lowers the efficiency of plasma processing such as forming an oxide film.

본 발명은 상기와 같은 상황에 비추어 이루어진 것으로서, 유전체판 및 금속 제 용기의 손상을 최소한으로 억제하는 동시에, 플라즈마 처리 효율의 향상이 가능한 플라즈마 처리 장치, 처리 용기 및 유전체판을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a plasma processing apparatus, a processing container, and a dielectric plate capable of minimizing damage to a dielectric plate and a metal container and improving plasma processing efficiency. .

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 유전체판과 처리 용기 사이에 수지층을 배치하고 있다. 이로써, 유전체판과 금속제의 처리 용기 열팽창율의 차이가 원인으로 되어 발생하는 마찰·마모 파티클을 상기 수지층에서 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 유전체판의 에지부 등의 전계 경계부에서의 국소 방전의 발생이 억제되어, 산화막의 성막 등의 플라즈마 처리의 효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 수지층의 두께는 40~100㎛가 바람직하다.In order to achieve the above object, in the plasma processing apparatus according to the present invention, a resin layer is disposed between the dielectric plate and the processing vessel. Thereby, it becomes possible to suppress the friction and abrasion particle which generate | occur | produces because of the difference of the thermal expansion coefficient of the processing plate of a dielectric plate and a metal in the said resin layer. In addition, the occurrence of local discharge at the electric field boundary such as the edge of the dielectric plate can be suppressed, and the efficiency of plasma processing such as film formation of an oxide film can be improved. Moreover, as for the thickness of a resin layer, 40-100 micrometers is preferable.

도 1은 본 발명에 이용할 수 있는 플라즈마 기판 처리 장치(10)의 구성의 개략을 도시한다. 플라즈마 처리 장치(10)는 피처리 기판으로서의 실리콘 웨이퍼(W)를 유지하는 기판 유지대(12)가 구비된 처리 용기(11)를 갖는다. 처리 용기(11)내의 기체는 배기 포트(11A, 11B)로부터, 도시되지 않는 배기 펌프를 거쳐서 배기된다. 기판 유지대(12)는 실리콘 웨이퍼(W)를 가열하는 히터 기능을 갖고 있다.1 shows an outline of the configuration of a plasma substrate processing apparatus 10 that can be used in the present invention. The plasma processing apparatus 10 has a processing container 11 provided with a substrate holder 12 for holding a silicon wafer W as a substrate to be processed. The gas in the processing container 11 is exhausted from the exhaust ports 11A and 11B via an exhaust pump not shown. The substrate holder 12 has a heater function for heating the silicon wafer W. As shown in FIG.

처리 용기(11)의 장치 상방에는, 기판 유지대(12)상의 실리콘 웨이퍼(W)에 대응해서 개구부가 설치되어 있다. 이 개구부는 석영이나 Al2O3로 이루어지는 유전체판(13)에 의해 폐쇄되어 있다. 유전체판(13)의 상부(외측)에는 안테나로서 기능 하는 슬롯판(14)이 배치되어 있다. 슬롯판(14)의 더욱 상부(외측)에는, 석영, 알루미나, 질화 알루미늄 등으로 이루어지는 유전체판(15)이 배치되어 있다. 이 유전체판(15)은 지파판(遲波板) 또는 파장 단축판이라 불리우는 경우가 있다. 유전체판(15)의 상부(외측)에는 냉각 플레이트(16)가 배치되어 있다. 냉각 플레이트(16)의 내부에는, 냉매가 흐르는 냉매로(冷媒路)(16a)가 설치되어 있다. 또한, 처리 용기(11)의 상단 중앙에는, 마이크로파를 도입하는 동축 도파관(18)이 설치되어 있다.An opening is provided above the apparatus of the processing container 11 corresponding to the silicon wafer W on the substrate holder 12. This opening is closed by a dielectric plate 13 made of quartz or Al 2 O 3 . On the upper side (outer side) of the dielectric plate 13, a slot plate 14 functioning as an antenna is disposed. Further above (outer side) of the slot plate 14, a dielectric plate 15 made of quartz, alumina, aluminum nitride, or the like is disposed. This dielectric plate 15 is sometimes called a slow wave plate or a wavelength shortening plate. The cooling plate 16 is arrange | positioned at the upper part (outer side) of the dielectric plate 15. Inside the cooling plate 16, a coolant path 16a through which a coolant flows is provided. Moreover, the coaxial waveguide 18 which introduces a microwave is provided in the center of the upper end of the processing container 11.

기판 유지대(12)의 주위에는, 알루미늄으로 이루어지는 가스 배플판(다이어프램)(26)이 배치되어 있다. 가스 배플판(26)의 상면에는 석영 커버(28)가 설치된다.A gas baffle plate (diaphragm) 26 made of aluminum is disposed around the substrate holder 12. The quartz cover 28 is provided on the upper surface of the gas baffle plate 26.

처리 용기(11)의 내벽에는, 플라즈마 처리에 이용되는 가스를 도입하기 위한 가스 노즐(22)이 설치된다. 마찬가지로, 처리 용기(11)의 내벽의 내측에는, 용기 전체를 둘러싸도록 냉매 유로(24)가 형성되어 있다.On the inner wall of the processing container 11, a gas nozzle 22 for introducing a gas used for plasma processing is provided. Similarly, inside the inner wall of the processing container 11, a refrigerant passage 24 is formed so as to surround the entire container.

이 플라즈마 처리 장치(10)를 이용하여 처리를 실행할 때에는, 우선, 실리콘 웨이퍼(W)가 플라즈마 처리 장치(10)의 처리 용기(11)내에 셋팅된 후, 배기 포트(11A, 11B)를 거쳐서 처리 용기(11) 내부의 공기의 배기가 실시되어, 처리 용기(11)의 내부가 소정의 처리압으로 설정된다. 그 후, 실리콘 웨이퍼(W)가 셋팅(로딩)된 처리 용기(11)내에, 가스 노즐(22)로부터 소정의 혼합 가스(예를 들면, 불활성 가스, 산소 가스, 질소 가스 등)가 도입된다.When performing a process using this plasma processing apparatus 10, first, the silicon wafer W is set in the processing container 11 of the plasma processing apparatus 10, and then processed through the exhaust ports 11A and 11B. The air inside the container 11 is exhausted, and the inside of the processing container 11 is set to a predetermined processing pressure. Thereafter, a predetermined mixed gas (for example, inert gas, oxygen gas, nitrogen gas, etc.) is introduced from the gas nozzle 22 into the processing container 11 in which the silicon wafer W is set (loaded).

한편, 동축 도파관(18)을 통해서 공급되는 수 ㎓ 주파수의 마이크로파가 유 전체판(15), 슬롯판(14), 유전체판(13)을 거쳐서 처리 용기(11) 내에 도입된다. 이 마이크로파에 의해 플라즈마 생성 가스가 여기(勵起)되어, 플라즈마가 생성된다.On the other hand, microwaves of several kHz frequency supplied through the coaxial waveguide 18 are introduced into the processing container 11 via the dielectric plate 15, the slot plate 14, and the dielectric plate 13. Plasma generating gas is excited by this microwave, and a plasma is produced | generated.

처리 용기(11) 내에서의 마이크로파 여기에 의해 생성된 고밀도 플라즈마는 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에 산화막을 성막시킨다.The high density plasma generated by the microwave excitation in the processing container 11 forms an oxide film on the surface of the silicon wafer W.

도 2는 유전체판(13)과 처리 용기(11)의 대향 영역 근방의 모양을 도시한다. 처리 용기(11)의 내벽측에는, 유전체판(13)을 지지하는 플랜지 형상으로 돌출한 지지부(30)가 형성되어 있다. 지지부(30)의 상면에는, O링(34)을 수용하는 홈(32)이 형성되어 있다. 유전체판(13)의 외측 연부는 지지부(30)상에 지지되게 되어 있다. 유전체판(13)과 처리 용기(11)의 대향 영역(접촉 영역)에는, 수지층(36)이 형성되어 있다.2 shows the shape of the vicinity of the opposing area of the dielectric plate 13 and the processing container 11. On the inner wall side of the processing container 11, the support part 30 which protruded in the flange shape which supports the dielectric plate 13 is formed. The groove 32 which accommodates the O-ring 34 is formed in the upper surface of the support part 30. The outer edge of the dielectric plate 13 is supported on the support part 30. The resin layer 36 is formed in the opposing area (contact area) of the dielectric plate 13 and the processing container 11.

처리 용기(11)의 재질은 금속이다. 이것에 대하여, 수지층(36)의 재질로서는, 테프론(등록상표), 폴리이미드 등의 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic)을 이용할 수 있다. 수지층(36)의 재질은 플라즈마 처리 조건, 즉 반응 가스의 종류, 설정 온도 등에 따라 선택하는 것이 바람직하다. 수지층(36)의 형성 방법으로서는, 도포·베이킹 처리 이외에, 별도의 부재(수지 필름)를 접착하는 방법을 이용하는 것도 가능하다.The material of the processing container 11 is metal. On the other hand, as a material of the resin layer 36, engineering plastics, such as Teflon (trademark) and a polyimide, can be used. The material of the resin layer 36 is preferably selected according to the plasma treatment conditions, that is, the kind of the reaction gas, the set temperature, and the like. As the formation method of the resin layer 36, it is also possible to use the method of adhering another member (resin film) other than a coating and baking process.

수지층(36)의 두께로서는, 예를 들면, 40∼100㎛로 하는 것이 바람직하다. 수지층(36)의 두께가 100㎛를 초과하면, 코팅에 의해 수지층(36)을 형성하기 곤란하게 된다. 한편, 수지층(36)의 두께가 40㎛ 미만이면, 절연 성능이 저하하기 쉬 워진다.As thickness of the resin layer 36, it is preferable to set it as 40-100 micrometers, for example. When the thickness of the resin layer 36 exceeds 100 micrometers, it becomes difficult to form the resin layer 36 by coating. On the other hand, when the thickness of the resin layer 36 is less than 40 micrometers, insulation performance will fall easily.

또한, 수지층(36)은 처리 용기(11)의 표면, 유전체판(13)의 표면중 어느 것에 형성되는 것도 가능하다. 단, 수지층(36)을 코팅에 의해 형성할 때, 수지층의 재질은 고온 소성(燒成) 타입의 수지이고, 처리 용기가 저내열 금속의 조합인 경우에는, 유전체판(13)측에 수지층(36)을 형성하는 편이 공정으로서는 용이하다.In addition, the resin layer 36 may be formed on either the surface of the processing container 11 or the surface of the dielectric plate 13. However, when the resin layer 36 is formed by coating, the material of the resin layer is a resin of high temperature baking type, and when the processing container is a combination of low heat resistant metals, It is easier as a process to form the resin layer 36.

상기한 바와 같이, 수지층(36)을 설치함으로써, 유전체판(13)과 금속제의 처리 용기(11)의 열팽창율의 차이로 인해 발생하는 마찰, 마모 등의 손상이 억제되고, 또한 유전체판(13)의 에지부 등의 전계 경계부에서 국소 방전의 발생이 억제된다. 그 결과, 금속제의 처리 용기(11)에의 손상을 억제할 수 있다. 또한, 산화막의 성막 등의 플라즈마 처리의 효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명은 고출력(high power)(예를 들면, 3㎾ 이상)의 플라즈마에 의해, 실리콘 웨이퍼(W)를 처리하는 공정에 있어서 특히 유효하다.As described above, by providing the resin layer 36, damages such as friction and abrasion caused by the difference in thermal expansion coefficient between the dielectric plate 13 and the metal processing vessel 11 are suppressed, and the dielectric plate ( The occurrence of local discharge is suppressed at the electric field boundary such as the edge portion of 13). As a result, damage to the metal processing container 11 can be suppressed. In addition, it becomes possible to improve the efficiency of plasma processing such as film formation of an oxide film. Moreover, this invention is especially effective in the process of processing the silicon wafer W with the plasma of high power (for example, 3 kW or more).

도 3은 2개의 다른 성막 프로세스 A, B에 있어서의, 처리 시간에 대한 막 두께의 변화를 도시하고 있다. 도면에 있어서, 실선이 수지층을 설치한 본 발명에 의한 결과를 나타내고, 파선이 수지층을 설치하지 않은 종래 기술에 의한 결과를 나타내고 있다. 도면으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 유전체판(13)의 에지부 등의 전계 경계부에서 국소 방전의 발생이 억제되기 때문에, 성막 효율이 평균적으로 약 25% 향상됐다.FIG. 3 shows the change of the film thickness with respect to the processing time in two different film forming processes A and B. FIG. In the figure, the solid line has shown the result by this invention which provided the resin layer, and the broken line has shown the result by the prior art which did not provide the resin layer. As can be seen from the figure, according to the present invention, since the occurrence of local discharge is suppressed at the electric field boundary such as the edge of the dielectric plate 13, the film formation efficiency is improved by about 25% on average.

도 4는 유전체판(13)과 처리 용기(11)의 대향 영역에 있어서의 수지층(36)의 형성 위치의 다른 예를 도시한다. 도 4의 예에서는, 수지층(36)은 홈(32)의 외측 에만 형성되고, 홈(32)의 내측(용기의 내측)에는 형성되어 있지 않다. 이와 같이 배치함으로써, O2 플라즈마를 이용했을 경우와 같이 플라즈마의 조건에 의해, 수지층(36) 자체가 손상되어, 파티클의 발생 요인이 되는 것을 방지할 수 있다. 도 4의 예에 있어서도, 도 2의 경우와 같이, 수지층(36)은 처리 용기(11)의 표면, 유전체판(13)의 표면중 어느 것에 형성해도 좋다.4 shows another example of the formation position of the resin layer 36 in the opposing region of the dielectric plate 13 and the processing container 11. In the example of FIG. 4, the resin layer 36 is formed only in the outer side of the groove | channel 32, and is not formed in the inner side (inner side of the container) of the groove | channel 32. As shown in FIG. With this arrangement, by the plasma conditions as in the case of using an O 2 plasma, the resin layer 36 is itself is damaged, it is possible to prevent the generation factor of the particle. Also in the example of FIG. 4, as in the case of FIG. 2, the resin layer 36 may be formed on either the surface of the processing container 11 or the surface of the dielectric plate 13.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 유전체판과 처리 용기의 대향 영역에 수지층을 설치하고 있기 때문에, 유전체판과 처리 용기의 열팽창율의 차이로 인해 발생하는 마찰, 마모 등에 의한 파티클의 발생이 억제되고, 또한 유전체판의 에지부 등의 전계 경계부에서 국소 방전의 발생이 수지층에 의해 억제된다. 그 결과, 금속제의 처리 용기에의 손상을 억제할 수 있다. 기타, 산화막의 성막 등의 플라즈마 처리의 효율을 향상시키는 것이 가능하다.As described above, according to the present invention, since the resin layer is provided in the opposing region of the dielectric plate and the processing container, the generation of particles due to friction, abrasion, etc. caused by the difference in thermal expansion coefficient between the dielectric plate and the processing container is prevented. In addition, the occurrence of local discharge is suppressed by the resin layer at electric field boundary portions such as the edge portion of the dielectric plate. As a result, damage to a metal processing container can be suppressed. In addition, it is possible to improve the efficiency of plasma processing, such as film formation of an oxide film.

본 발명은 유전체판과 금속제의 처리 용기를 갖는 플라즈마 처리 장치에 대하여 유용하다.The present invention is useful for a plasma processing apparatus having a dielectric plate and a metal processing container.

Claims (9)

기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,In the plasma processing apparatus for plasma-processing a substrate, 처리될 기판을 수용하는 처리 용기와,A processing container for containing a substrate to be processed; 상기 처리 용기의 상방에 상기 기판에 대응하도록 마련된 개구부를 밀봉하도록 배치하는 유전체 부재와,A dielectric member disposed above the processing container to seal an opening provided to correspond to the substrate; 상기 유전체 부재 위에 배치되고, 상기 유전체 부재를 거쳐서 상기 처리 용기내에 전자파를 공급하는 복수의 슬롯을 갖는 안테나와,An antenna disposed on the dielectric member and having a plurality of slots for supplying electromagnetic waves into the processing container via the dielectric member; 상기 유전체 부재를 지지하는 지지부와,A support for supporting the dielectric member; 상기 유전체 부재와 상기 지지부 사이에서 상기 처리 용기를 기밀하게 밀봉하는 O링과,An O-ring for hermetically sealing the processing vessel between the dielectric member and the support; 상기 처리 용기내를 배기하는 배기 수단을 포함하며,Exhaust means for exhausting the interior of the processing vessel, 상기 유전체 부재의 외측 연부가 상기 지지부에 지지되고, 상기 유전체 부재의 외측 연부와 상기 처리 용기의 대향 영역에 수지 부재를 형성하고, 상기 수지 부재의 두께는 40∼100㎛인An outer edge of the dielectric member is supported by the support portion, and a resin member is formed in an area opposite to the outer edge of the dielectric member and the processing container, and the thickness of the resin member is 40 to 100 µm. 플라즈마 처리 장치.Plasma processing apparatus. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수지 부재는 상기 O링의 외측에 형성되는The resin member is formed on the outside of the O-ring. 플라즈마 처리 장치.Plasma processing apparatus. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수지 부재는 엔지니어링 플라스틱인The resin member is an engineering plastic 플라즈마 처리 장치.Plasma processing apparatus. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 엔지니어링 플라스틱은 테프론 또는 폴리이미드로 이루어지는The engineering plastic consists of teflon or polyimide 플라즈마 처리 장치.Plasma processing apparatus. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수지 부재는 코팅, 도포·베이킹 처리, 접착하는 방법에 의해 형성되는The said resin member is formed by the method of coating, apply | coating, baking process, and bonding. 플라즈마 처리 장치.Plasma processing apparatus. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유전체 부재는 석영, 알루미나 또는 질화 알루미늄으로부터 선택되는The dielectric member is selected from quartz, alumina or aluminum nitride 플라즈마 처리 장치.Plasma processing apparatus. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 안테나의 상부에 지파 부재 또는 파장 단축 부재를 더 구비하는Further comprising a slow wave member or a wavelength shortening member on top of the antenna 플라즈마 처리 장치.Plasma processing apparatus. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유전체 부재는 상기 안테나를 냉각하는 냉각 플레이트를 더 구비하는The dielectric member further includes a cooling plate for cooling the antenna. 플라즈마 처리 장치.Plasma processing apparatus. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 8, 상기 전자파는 마이크로파로 이루어지고, 상기 마이크로파를 안테나에 공급하는 동축 도파관을 더 구비하는The electromagnetic wave is made of microwave, and further comprises a coaxial waveguide for supplying the microwave to the antenna 플라즈마 처리 장치.Plasma processing apparatus.
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